Типы и источнки загрязнения воздуха

Исследование маршрутных такси на Лос-Анджелесской автостраде показало, что содержание оксида углерода, бензола и 14 других загрязнителей внутри автомобилей в три-пять раз выше, чем на улице. Согласно официальным данным Агентства охраны окружающей среды и представителей системы общественного здравоохранения, тремя наиболее опасными загрязнителями воздуха в помещениях в Соединенных Штатах являются сигаретный дым, радиоактивный газ радон-222  и асбест.

СМОГ И КИСЛОТНЫЕ ОСАДКИ

Смог: автомобили + солнечный свет - слезы. Смесь ряда первичных и вторичных загрязнителей, образующихся в нижней тропосфере, когда некоторые из первичных загрязнителей (особенно оксиды азота и углеводороды из выхлопных газов машин) взаимодействуют друг с другом под влиянием солнечного света, называется фотохимическим смогом. Фотохимический смог характерен фактически для всех современных больших городов, но наиболее часто он встречается в городах с преобладанием солнечных дней, с сухим и теплым климатом и большим количеством автомобилей. К большим городам с представляющим опасность для здоровья фотохимическим смогом относятся Лос-Анджелес, Денвер, Солт-Лейк-Сити, Сидней, Мехико и Буэнос-Айрес. Фотохимическое загрязнение обнаруживается в основном летом. Наблюдается фотохимический смог в тропических и субтропических регионах там, где периодически сжигали траву в саваннах.

Главным продуктом таких фотохимических реакций является озон, вызывающий раздражение глаз, нарушающий функции легких и повреждающий деревья и урожай. Таким образом, степень опасности смога в целом определяется концентрацией озона в атмосфере на уровне Земли. Другими вредными составляющими смога являются альдегиды, пероксиацетилнитраты и окись азота.

Ничтожные количества этих вторичных загрязнителей в фотохимическом смоге достигают пикового уровня сразу пополудни в солнечный день, вызывая у людей раздражение глаз и дыхательных путей. Особенно уязвимы люди, страдающие астмой и другими заболеваниями дыхательных путей, а также здоровые люди, работающие на улице между 11 и 16 часами. Чем жарче день, тем больше озона и других составляющих фотохимического смога.

Тридцать лет назад в больших городах, таких, как Лондон, Чикаго и Питсбург, на электростанциях, заводах и теплоцентралях сжигалось огромное количество серосодержащих угля и тяжелой нефти. Зимой такие города страдали от промышленного смога, состоящего главным образом из смеси диоксида серы, взвешенных капелек серной кислоты, образовавшейся из части диоксида серы, и разнообразных взвешенных твердых частиц. Теперь уголь и тяжелая нефть сжигаются только в больших бойлерных, где налажен контроль за выбросами вредных веществ или установлены высокие дымовые трубы, так что промышленный смог редко является проблемой. Однако в Китае и некоторых восточноевропейских странах, как, например, в Польше ив Чехословакии, где большие количества угля сжигаются без соответствующих мер контроля за выбросами, ситуация не изменилась.

Местный климат, рельеф и смог. Частота и плотность смога на данной территории зависят от климата и рельефа местности, плотности населения и промышленности, а также от основных видов топлива, используемого в промышленности, на теплоцентралях и на транспорте. В районах с большим среднегодовым количеством осадков дождь и снег помогают очистить воздух от загрязнителей. Ветры также способствуют удалению загрязнителей и приносят свежий воздух, но они же и переносят некоторые загрязнители на большие расстояния.

Холмы и горы создают преграду на пути ветров, в результате чего в низинах в приземном слое увеличивается загрязнение воздуха. Высокие здания в больших городах также замедляют скорость ветра и, соответственно, способствуют созданию высоких концентраций загрязнителей.

В течение дня солнце нагревает воздух у поверхности земли. Обычно этот теплый воздух расширяется и поднимается, растворяя скапливающиеся внизу загрязнители и унося их вверх в тропосферу. Одновременно воздух из соседних областей высокого давления опускается вниз в образующиеся области низкого давления. Это непрерывное перемешивание воздуха помогает сохранять загрязнение вблизи поверхности в пределах допустимого уровня.

Но иногда в результате погодных условий теплый воздух натекает на нижерасположенный плотный холодный воздух в городском воздушном бассейне или в долине, препятствуя развитию вертикальных движений воздуха. Это явление называется температурной, или термической, инверсией. В результате массы теплого воздуха распространяются над регионом и препятствуют выносу загрязнителей. Обычно такие инверсии длятся от одного до нескольких часов, но иногда, в условиях устойчивого антициклона, они могут сохраняться до нескольких дней. В этом случае концентрация загрязнителей воздуха у поверхности земли представляет угрозу здоровью и даже жизни людей. Термические инверсии также усиливают вредное воздействие островов тепла и пыльных Куполов, которые образуются над городскими территориями.

Наиболее продолжительные и частые термические инверсии характерны для городов, расположенных в долинах, окруженных горами (Донора, штат Пенсильвания), для подветренных склонов горных хребтов (Денвер) или побережий (Нью-Йорк). Большие города, насчитывающие несколько миллионов жителей и автомобилей, расположенные в безветренных районах с преобладанием солнечных дней, окруженных с трех сторон горами и морем с четвертой, создают идеальные условия для фотохимического смога, отягченного частыми термическими инверсиями. Именно такая ситуация наблюдается в Лос-Анджелесе, где почти ежедневно возникают инверсии, особенно продолжительные летом, и где насчитывается 12 млн. жителей, 8 млн. автомобилей и тысячи фабрик. Несмотря на самую строгую в мире систему контроля за загрязнением воздуха, Лос-Анджелес занимает первое место по загрязнению воздуха в Соединенных Штатах.

Кислотные осадки. Когда электростанции и промышленные предприятия сжигают уголь и нефть, из их дымовых труб выбрасываются огромные количества диоксида серы, взвешенных частиц и оксидов азота. В Соединенных Штатах на электростанции и фабрики приходится от 90 до 95% эмиссий диоксида серы и 57% оксидов азота, причем почти 60% диоксида серы выбрасывается высокими трубами, что облегчает их перенос на большие расстояния.

По мере того как выбросы диоксида серы и оксида азота из стационарных источников переносятся ветром на большие расстояния, из них образуются вторичные загрязнители, такие, как диоксид азота, пары азотной кислоты и капельки, содержащие растворы серной кислоты, сульфатных и нитратных солей. Эти химические вещества попадают на земную поверхность в виде кислотных дождей или снега, а также в виде газов, тумана, росы или твердых частиц. Эти газы могут непосредственно поглощаться листьями. Комбинация сухих и мокрых осаждений и поглощения кислот и кислотообразующих веществ вблизи земной поверхности или на ней называются кислотными осадками, или кислотными дождями. Еще одной причиной кислотных осадков являются выбросы оксида азота большим числом автомобилей в крупных городах. Такой вид загрязнения представляет опасность, как для городских, так и для сельских районов. Так как капли воды, и большинство твердых частиц довольно быстро удаляются из атмосферы, кислотные осадки являются скорее региональной или континентальной, чем глобальной проблемой.

Различные уровни кислотности и щелочности водных растворов обычно выражаются в единицах рН. В нейтральных растворах рН=7; в щелочных, или основных, рН 7,а в кислых рН 7. Чем меньше величина рН, тем более кислый раствор. Снижение рН на каждую единицу соответствует десятикратному возрастанию кислотности.

Природные осадки имеют разную кислотность, но в среднем рН=5,6. Кислотные осадки с рН 5,6 представляют серьезную угрозу, особенно если величина рН падает ниже 5,1. Ниже перечисляются основные последствия выпадения кислотных осадков.

• Повреждение статуй, зданий, металлов и отделки автомобилей.

• Гибель рыб, водных растений и микроорганизмов в озерах и реках.

• Понижение способности к воспроизводству лососей и форели при рН5,5.

• Гибель и понижение продуктивности многих видов фитопланктона, когда рН 6-8.

• Разрыв азотного цикла в озерах, когда величина рН колеблется от 5,4 до 5,7.

• Ослабление или гибель деревьев, особенно хвойных пород, произрастающих на больших высотах, из-за вымывания из почвы кальция, натрия и других питательных веществ.

• Повреждение корней деревьев и гибель многих видов рыб из-за высвобождения из почв и дойных осадков ионов алюминия, свинца, ртути и кадмия.

• Ослабление деревьев и усиление их подверженности болезням, насекомым, засухам, грибам и мхам, которые процветают в кислой среде.

• Замедление роста культурных растений, таких, как помидоры, соя, фасоль, табак, шпинат, морковь, капуста-брокколи и хлопок.

• Рост популяции giardia, простейшего, вызывающего серьезную кишечную инфекцию, которая поражает скалолазов и альпинистов, пьющих воду из, казалось бы, чистых горных ручьев.

• Возникновение и обострение многих болезней дыхательной системы человека, преждевременная гибель людей.

Кислотные осадки иллюстрируют пороговый эффект. Большинство почв, озер и рек содержат щелочные химические вещества, которые могут взаимодействовать с некоторым количеством кислот, нейтрализуя их. Однако регулярное многолетнее воздействие кислот истощает большинство из этих сдерживающих закисление веществ. Затем как бы внезапно начинается массовая гибель деревьев и рыб в озерах и реках. Когда это происходит, какие-либо меры по предотвращению серьезного ущерба предпринимать уже поздно. Опоздание составляет 10-20 лет.

Кислотные осадки уже являются серьезной проблемой в Северной и Центральной Европе, на северо-востоке Соединенных Штатов, на юго-востоке Канады, в некоторых районах Китая, Бразилии и Нигерии. Все большую угрозу они начинают представлять в промышленных регионах Азии, Латинской Америки и Африки и в некоторых местах на западе Соединенных Штатов (главным образом из-за сухих осадков). Выпадают кислотные осадки и в ряде тропических районов, где промышленность практически не развита, главным образом из-за выделения оксидов азота при сжигании биомассы. Большая часть кислотообразующих веществ, произведенных водной стране, переносится преобладающими приземными ветрами на территорию другой. Более трех четвертей кислотных осадков в Норвегии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Нидерландах и Финляндии приносится в эти страны ветром из промышленных районов Западной и Восточной Европы.

Свыше половины кислотных осадков в густонаселенных районах юго-восточной Канады и востока Соединенных Штатов обусловлены выбросами крайне сконцентрированных предприятий угольной и нефтяной энергетики и промышленных предприятий в семи штатах Центра и верхнего Среднего Запада - Огайо, Индианы, Пенсильвании, Иллинойса, Миссури, Западной Виргинии и Теннесси. Степень кислотности осадков над большей частью Востока Северной Америки составляет 4,0-4,2. Это в 30-40 раз больше, чем кислотность нормальных осадков, которые выпадали в этих местах несколько десятилетий назад. Штатами, которые выбрасывают наибольшее количество кислотообразующих веществ, являются Калифорния, Индиана, Огайо и Техас.

Около 75% кислотных осадков, выпадающих в Канаде, приносится ветрами из Соединенных Штатов, и только 15% кислотных осадков, выпадающих в северо-восточных штатах, обусловлено выбросами на территории самой Канады. Такой большой положительный баланс переноса кислотных осадков между Соединенными Штатами и Канадой привел к обострению отношений между двумя странами. Канадские ученые и чиновники и многие ученые США критиковали правительство США за недостаточно оперативные действия по уменьшению вредных выбросов промышленных предприятий и электростанций по крайней мере на 50%. По оценкам Министерства окружающей среды провинции Онтарио, кислотные осадки угрожают 48 тыс. канадских озер с их индустрией спортивного рыболовства (1,1 млрд. долларов в год) и туризма (40 млрд. долларов в год). Канадцы также обеспокоены тем, что кислотные осадки вредят лесному хозяйству и связанным с ним отраслям, которые дают работу каждому десятому жителю страны и приносят 14 млрд. долларов в год.

По оценке Национальной академии наук, ущерб от кислотных осадков в Соединенных Штатах уже составляет, по крайней мере, 6 млрд. в год и будет резко возрастать, если не предпринять немедленных действий. Стоимость сокращения объема этих загрязнителей составит от 1,2 млрд. до 20 млрд. долларов в зависимости от степени очистки и технологии, которая будет использована.

В некоторых областях почвы содержат известняк и другие щелочные вещества, которые могут нейтрализовать кислоты. Однако кислые почвы в других районах практически не способны к нейтрализации кислот. Кроме того, повторное воздействие на любые почвы кислотных осадков может в принципе истощить содержащиеся в них вещества, нейтрализующие кислоты. Кислотный речной сток может погубить многие формы жизни в озерах и реках. Так же как и почвы, некоторые озера и реки особенно чувствительны к воздействию кислоты из-за низкого содержания щелочей (особенно иона бикарбоната), которые могли бы способствовать нейтрализации поступающих в них кислот.

ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ И МАТЕРИАЛЫ

Ущерб здоровью человека. Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волосики в носу отфильтровывают крупные частицы. Липкая слизистая оболочка в верхней части дыхательного тракта захватывает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Механизм непроизвольного чихания и кашля удаляет загрязненные воздух и слизь при раздражении дыхательной системы. Верхний дыхательный тракт выстлан сотнями тысяч тонких укутанных слизью ворсинок, которые называются ресничками. Они непрерывно колышутся взад и вперед, перенося в рот слизь и пойманные загрязнители, которые затем проглатываются или выплевываются.