Типы и источнки загрязнения воздуха

ТИПЫ И ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ВНУТРИ И ВНЕ ПОМЕЩЕНИЙ

Наши воздушные ресурсы. Атмосфера - тонкая газовая оболочка, окружающая Землю, разделена на несколько сферических слоев, очень похожих на налегающие друг на друга чешуйки луковицы. Около 95% массы воздуха приходится на внутренний слой - тропосферу, простирающуюся вверх над поверхностью Земли только примерно на 17 километров. Если Землю сравнить с яблоком, то обеспечивающая нашу жизнь воздушная оболочка соответствует толщине его кожуры.

Около 99% объема чистого сухого воздуха в тропосфере состоит из двух газов: азота (78%) и кислорода (21%). Остающийся объем воздуха в тропосфере содержит немного менее 1% аргона и около 0,035% диоксида углерода. Воздух в тропосфере содержит также водяные пары в количестве, меняющемся от 0,01% у холодных полюсов до 5% во влажных тропиках.

Огромные массы воздуха в тропосфере находятся в постоянном движении, так как нагретый солнцем воздух поднимается и замещается холодным. Физические процессы,, вызывающие эти перемещения воздуха в тропосфере, являются ключевыми факторами, определяющими земные климат и погоду. Они также влияют на типы и распределение вредных химических веществ в тропосфере.

По мере перемещения над земной поверхностью чистый воздух впитывает в себя ничтожные количества различных химических веществ, как природного, так и антропогенного происхождения. Попав в тропосферу, эти потенциальные загрязнители воздуха перемешиваются по вертикали и горизонтали и часто вступают в химические реакции друг с другом или с другими естественными компонентами атмосферы. Движение и турбулентное перемешивание воздуха помогают разбавлению потенциальных загрязнителей, однако долгоживущие загрязнители переносятся на большие расстояния, прежде чем осаждаются на земную поверхность в виде твердых частиц, капелек жидкости или химических веществ, растворенных в осадках.

Второй слой атмосферы, располагающийся на высоте от 17 до 48 километров (от 11 до 30 миль), называется стратосферой. Он содержит небольшое количество газообразного озона (О3), который отфильтровывает около 99% поступающей вредной ультрафиолетовой (УФ) радиации. Наличие этого тонкого озонового слоя в стратосфере защищает нас от избыточного загара, рака кожи и катаракты глаз. Этот глобальный солнечный зонтик предохраняет также от повреждений некоторые растения и водные организмы.

Поглощая высокоэнергетическую УФ радиацию, стратосферный озон предохраняет также большую часть кислорода в тропосфере от превращения В озон. Ничтожное количество озона, которое формируется в тропосфере как компонент городского смога, губительно действует на растения, дыхательную систему людей и других животных, а также на материалы, такие, как резина. Таким образом, наше здоровье зависит от наличия необходимого количества "хорошего" озона в стратосфере и от отсутствия "плохого" озона в тропосфере. К сожалению, наша деятельность уменьшает количество стратосферного озона и увеличивает его содержание тропосфере.

Состав, температура и способность к самоочищению земной атмосферы меняются с момента формирования планеты. Однако в течение последних двух столетий, и особенно в течение последних пятидесяти лет, атмосфера претерпела максимальные изменения, обусловленные деятельностью человека, в частности сжиганием ископаемого топлива, лесов и другой растительности, обезлесением, развитием промышленности и сельского хозяйства

Основные типы загрязнений открытого воздуха. В тех случаях, когда концентрация нормальных составляющих атмосферы либо химических веществ, попавших в атмосферу или образовавшихся в ней, доходит до уровня, наносящего вред людям, животным, растениям, металлам, камням или другим материалам, соответствующие вещества считаются загрязнителями воздуха.

В тропосфере насчитываются сотни загрязнителей. Однако наибольшее загрязнение открытого воздуха вызывают девять основных классов загрязнителей:

1. Оксиды углерода. Оксид углерода (СО) и диоксид  углерода (СО2).

2. Оксиды серы. Диоксид  серы (SO2) и триоксид серы (SO3).

3. Оксиды азота. Оксид азота (NO), диоксид азота (NO2) и закись азота (N2О).

4. Летучие органические  соединения (ЛОС). Сотни составляющих, такие, как метан (СН4), бензин (С6Н6), хлорфторуглероды (ХФУ) и халоны, содержащие бром.

5. Взвешенные частицы (ВЧ): тысячи различных типов твердых частиц, таких, как пыль (почвы), сажа (углерод), асбест, соли свинца, мышьяка, кадмия, нитратные (NO3) и сульфатные (S042-) соли и жидкие капельки химических веществ, такие, как серная кислота (H2SO3), нефть, полихлорированные дифенилы, диоксиды и различные пестициды.

6. Фотохимические  окислители. Озон (О3), пероксиацетилнитраты, перекись водорода (Н2О2), радикал гидроксила (ОН) и альдегиды, такие, как формальдегид (СН2О), образующийся в атмосфере при взаимодействии кислорода, оксидов азота и летучих гидрокарбонатов под влиянием солнечного света.

7. Радиоактивные  вещества. Радон-222, йод-131, стронций-90, плуто-ний-239 и другие радиоизотопы, попадающие  в атмосферу в форме газов  или взвешенных частиц.

8. Тепло. Выделяется  при любом превращении энергии  из одного вида в другой, особенно  при сгорании ископаемого топлива  в автомобилях, на фабриках, в  домах и на электростанциях.

9. Шум. Создается автотранспортом, самолетами, поездами, промышленными станками, строительными машинами, газонокосилками, пылесосами, пищевыми миксерами, сиренами, радио, кассетными плейерами и т.д.. Каждое из этих химических веществ или видов энергии (тепло или шум) может рассматриваться как первичный или вторичный загрязнитель. Первичные загрязнители воздуха, такие, как диоксид серы, непосредственно попадают в воздух в результате природных или антропогенных процессов. Вторичные загрязнители воздуха, такие, как серная кислота, образуются уже в воздухе в результате химических реакций между первичными загрязнителями и одной или несколькими составляющими воздуха.

Загрязнители в виде взвешенных частиц остаются в атмосфере в течение различных промежутков времени в зависимости главным образом от относительных размеров частиц  и от климата. Большие частицы с диаметром больше 10 микрометров (около 0,000039 дюйма) обычно остаются в атмосфере только день или два перед тем, как быть возвращенными на землю силой тяжести или с осадками. Частицы средних размеров с диаметрами от 1 до 10 микрометров, как правило, остаются во взвешенном состоянии в течение нескольких суток.

Тонкие частицы с диаметрами меньше 1 микрометра могут оставаться в тропосфере одну или две недели, а в стратосфере от одного до пяти лет - достаточно долго, чтобы быть разнесенными по всему миру. Эти мелкие частицы особенно опасны для здоровья человека, так как слишком малы, чтобы отфильтровываться естественным образом. Они могут также приносить на своей поверхности капельки или частицы ядовитых или канцерогенных загрязнителей.

Источники загрязнителей открытого воздуха. Естественными источниками загрязнителей открытого воздуха являются лесные пожары, вызываемые молниями, пыльца, переносимая набольшие расстояния, ветровая эрозия почв, извержения вулканов, испарение летучих органических составляющих с листьев (главным образом терпеновых гидрокарбонатов, ответственных за запах сосен и других растений), продукты бактериального разложения органических веществ, морские брызги (частицы сульфатов или солей) и естественная радиоактивность (газ радон-222 из отложений урана, фосфатов и гранита).

Большинство выбросов в атмосферу от естественных источников, разбросанных по всему земному шару, растворяются и рассеиваются в атмосфере и редко достигают концентраций, способных нанести серьезный ущерб. Исключением являются массивные внедрения в атмосферу диоксида серы и взвешенных частиц во время сильных вулканических извержений и проникновение радиоактивного газа радон-222 внутрь зданий.

Загрязнение воздуха не новое явление, но после промышленной революции увеличилось число типов и количество загрязнителей воздуха. Как правило, загрязнение открытого воздуха в Соединенных Штатах обусловливается пятью группами загрязнителей: оксидом углерода, оксидами азота, оксидами серы, летучими органическими соединениями (главным образом углеводородами) и взвешенными частицами. Другими главными загрязнителями являются озон и свинец.

В индустриальных странах большинство этих загрязнителей поступает в атмосферу при сжигании ископаемого топлива на электростанциях и промышленных предприятиях (.стационарные источники) и в автотранспорте (подвижные источники). При сгорании ископаемого топлива в атмосферу выбрасываются диоксид углерода, оксиды азота (образуется при нагревании кислорода и азота), диоксид серы (особенно при сгорании угля и некоторых сортов нефти). Если сгорание неполное, оно сопровождается также выбросами окиси углерода, сажи (частиц углерода) и различных углеводородов (включая метан). В развивающихся странах, особенно в сельских местностях, где живет больше половины населения Земли, основным источником загрязнений (особенно СО2, СО и оксидами азота) является сжигание дров, навоза и соломы в примитивных печах и на кострах.

Выжигание лесов и саванных трав в тропических и субтропических регионах для создания новых полей и пастбищ оборачивается поступлением в атмосферу больших количеств диоксида углерода, окиси углерода, оксидов азота и метана. Кроме того, при сведении лесов оксид азота выделяется из почвы. Он выделяется также при разбрасывании по полю богатых азотом удобрений. Значительное количество метана попадает в атмосферу из желудков животных и при анаэробном разложении во влажных рисовых чеках.

Недавно стало понятно, что сотни необычных загрязнителей открытого воздуха могут представлять угрозу здоровью людей при вдыхании их в течение длительного периода. Эти токсичные соединения включают различные летучие органические соединения (особенно хлорированные углеводороды, такие, как хлороформ, четыреххлористый углерод и метилен хлор) и различные типы взвешенных твердых частиц (особенно тонкие частицы ядовитых металлов и асбеста), содержащихся в атмосфере в ничтожных количествах.

В докладе Агентства охраны окружающей среды за 1989 г. сообщалось, что в 1987г. 1,1 млн. метрических тонн (1,2 млн. тонн) 329 потенциально токсичных химических веществ были выброшены в атмосферу Соединенных Штатов. Эти химические вещества выбрасывались разными отраслями промышленности, особенно нефтеперегонными, химическими и металлургическими заводами и целлюлозно-бумажными комбинатами. Причем выбросы эти вполне законны, так как данные химические вещества не запрещаются существующими законами, контролирующими загрязнение воздуха. Фактические же выбросы намного выше, так как доклад не включает токсичные вещества, выбрасываемые легковыми и грузовыми автомобилями, а также ядовитые отходы тысяч небольших предприятий, таких, как сухие химчистки и бензоколонки.

Не все химические вещества обязательно вредны, а некоторые, вероятно, растворяются или преобразуются таким образом, что не представляют существенного риска для здоровья человека. Однако, изучая только 20 видов веществ из 329, включенных в список, Агентство охраны окружающей среды определило, что эти загрязнители вызывают каждый год 3000 случаев рака. Наибольшему риску от воздействия этих веществ подвергаются люди, работающие на металлургических, химических, целлюлозно-бумажных и нефтеперегонных предприятиях или живущие в непосредственной близости от них. До сих пор для ограничения выбросов этих загрязнителей прилагалось мало усилий.

Типы и источники загрязнения воздуха в помещениях. Высокая концентрация токсичных загрязнителей воздуха может наблюдаться в помещениях, где большинство людей проводят от 70 до 98% своего времени. Ученые недавно обнаружили, что воздух внутри многих домов, школ, служебных зданий, фабрик, автомобилей и воздушных лайнеров в Соединенных Штатах (и, вероятно, в большинстве индустриальных стран) более загрязнен и опасен, чем воздух на улицах в день, когда наблюдается смог. Загрязнение воздуха внутри помещений подвергает особенно высокому риску пожилых и больных людей, детей, а также рабочих на заводах, проводящих большое количество времени в помещениях.

Загрязнением воздуха помещений объясняется, почему суммарные величины выбросов от различных источников не всегда прямо пропорциональны вредным воздействиям на здоровье людей. Основным фактором, влияющим на здоровье людей, является не количество выбросов, а продолжительность воздействия каждого из них. Заметьте, что наибольшая продолжительность воздействия приходится на загрязнения внутри помещений.

Многие люди связывают загрязнение воздуха с городами промышленно развитых стран. В то время как эти территории действительно имеют серьезные проблемы с загрязнением воздуха, самый опасный контакт с загрязнителями воздуха, особенно с твердыми частицами, происходит внутри жилищ бедняков в развивающихся странах. Большинство этих людей используют примитивные печи без дымоходов для приготовления пищи, а в районах с умеренным и холодным климатом и для отопления. Сжигание дров, навоза и соломы в печах без дымоходов или с плохими дымоходами подвергает людей, особенно женщин и маленьких детей, воздействию очень высоких уровней загрязнения воздуха в помещениях. Это помогает понять, почему болезни дыхательной системы наиболее распространены и являются главной причиной смертности в большинстве развивающихся стран. Напротив, дровяные печи и камины, используемые большинством людей в индустриальных странах, имеют трубы или дымоходы. В 1985 г. Агентство охраны окружающей среды сообщило, что токсичные химические вещества, имеющиеся почти в каждом американском доме, по-видимому в три раза чаще приводят к заболеваниям некоторыми видами рака, чем загрязнения открытого воздуха. Другие загрязнители воздуха в помещениях вызывают головокружение, головные боли, кашель, чихание, жжение глаз и гриппозные состояния у многих людей - так называемый "синдром больных зданий".

По оценкам, каждый пятый или даже третий из всех американских домов, включая главное здание Агентства охраны окружающей среды, считаются теперь "больными". Агентство обнаружило, что в некоторых зданиях офисов в 100 раз больше загрязнителей, чем в воздухе снаружи. Ежегодно загрязнение воздуха в помещениях фабрик и офисов служит причиной преждевременной смерти от 100 до 210 тыс. человек.

Примерно половина проблем с загрязнением воздуха в помещениях связана с плохой вентиляцией. Остальные обусловлены специфическими источниками - копировальными машинами, электрическими и телефонными кабелями, литейными формами, системами кондиционирования воздуха и вентиляционными ходами, чистящими жидкостями, дымом сигарет, латексной паклей и краской, виниловыми отливками, линолеумными плитками, строительными материалами и мебелью, ответственными за загрязнение, например, формальдегидом.