Загрязнение атмосферы

   Загрязнение атмосферы

 

    Атмосферный воздух является  самой важной жизнеобеспечивающей   природной

средой  и  представляет  собой  смесь  газов  и  аэрозолей  приземного  слоя

атмосферы, сложившуюся  в  ходе  эволюции  Земли,  деятельности  человека  и

находящуюся  за  пределами  жилых,  производственных   и   иных   помещений.

Результаты экологических исследований, как  в  России,  так  и  за  рубежом,

однозначно свидетельствуют о  том,  что  загрязнение  приземной  атмосферы  –

самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека,  пищевую

цепь и окружающую среду. Атмосферный  воздух имеет неограниченную  емкость  и

играет роль наиболее подвижного, химически  агрессивного  и  всепроникающего

агента взаимодействия вблизи поверхности  компонентов биосферы, гидросферы  и

литосферы.

    В последние годы получены  данные о  существенной  роли  для  сохранения

биосферы  озонового  слоя  атмосферы,  поглощающего  губительное  для  живых

организмов ультрафиолетовое  излучение  Солнца  и  формирующего  на  высотах

около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности.

    Атмосфера оказывает  интенсивное воздействие не  только  на  человека  и

биоту, но  и  на  гидросферу,  почвенно-растительный  покров,  геологическую

среду, здания, сооружения  и  другие  техногенные  объекты.  Поэтому  охрана

атмосферного  воздуха  и  озонового  слоя  является  наиболее   приоритетной

проблемой экологии и ей уделяется  пристальное  внимание  во  всех  развитых

странах.

    Загрязненная приземная  атмосфера вызывает рак  легких,  горла  и  кожи,

расстройство центральной  нервной  системы,  аллергические  и  респираторные

заболевания,  дефекты  у  новорожденных  и  многие  другие  болезни,  список

которых определяется присутствующими  в воздухе  загрязняющими  веществами  и

их совместным воздействием  на  организм  человека.  Результаты  специальных

исследований, выполненных  в  России  и  за  рубежом,  показали,  что  между

здоровьем населения и  качеством  атмосферного  воздуха  наблюдается  тесная

положительная связь.

    Основные агенты  воздействия   атмосферы  на  гидросферу  –  атмосферные

осадки  в виде дождя и снега, в меньшей  степени смога, тумана.  Поверхностные

и  подземные  воды  суши  имеют  главным  образом  атмосферное   питание   и

вследствие  этого их  химический  состав  зависит  в  основном  от  состояния

атмосферы.

    Отрицательное влияние загрязненной  атмосферы  на  почвенно-растительный

покров  связано как с выпадением кислотных  атмосферных  осадков,  вымывающих

кальций, гумус и  микроэлементы  из  почв,  так  и  с  нарушением  процессов

фотосинтеза, приводящих  к  замедлению  роста  и  гибели  растений.  Высокая

чувствительность  деревьев (особенно  березы,  дуба)  к  загрязнению  воздуха

выявлена  давно. Совместное действие  обоих  факторов  приводит  к  заметному

уменьшению  плодородия  почв  и  исчезновению  лесов.  Кислотные  атмосферные

осадки  рассматриваются сейчас  как  мощный  фактор  не  только  выветривания

горных  пород  и  ухудшения  качества  несущих  грунтов,  но  и  химического

разрушения техногенных  объектов,  включая  памятники  культуры  и  наземные

линии связи. Во многих  экономически  развитых  странах  в  настоящее  время

реализуются программы по решению  проблемы кислотных атмосферных  осадков.  В

рамках  Национальной  программы  по  оценке  влияния  кислотных  атмосферных

осадков, учрежденной в 1980 году многие  федеральные  ведомства  США  начали

финансировать  исследования  атмосферных  процессов,  вызывающих   кислотные

дожди,  с  целью  оценки  влияния  последних  на экосистемы   и   выработки

соответствующих  природоохранных  мер.  Выяснилось,  что   кислотные   дожди

оказывают  многоплановое  воздействие  на  окружающую   среду   и   являются

результатом самоочищения (промывания) атмосферы. Основные  кислотные  агенты

–  разбавленные  серная  и  азотная  кислоты,  образующиеся   при   реакциях

окисления оксидов серы и азота  с участием пероксида водорода.

 

 

    Источники загрязнения атмосферы

 

    К природным  источникам  загрязнения  относятся:  извержения  вулканов,

пыльные  бури,  лесные  пожары,  пыль  космического  происхождения,  частицы

морской  соли,  продукты  растительного,  животного  и   микробиологического

происхождения.  Уровень  такого  загрязнения  рассматривается   в   качестве

фонового, который мало изменяется со временем.

    Главный   природный   процесс   загрязнения   приземной   атмосферы   –

вулканическая  и  флюидная  активность  Земли  Крупные  извержения  вулканов

приводят к  глобальному  и  долговременному  загрязнению  атмосферы,  о  чем

свидетельствуют летописи и  современные  наблюдательные  данные  (извержение

вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году).  Это  обусловлено  тем,  что  в

высокие слои атмосферы мгновенно  выбрасываются  огромные  количества  газов,

которые на большой высоте подхватываются  движущимися  с  высокой  скоростью

воздушными  потоками  и   быстро   разносятся   по   всему   земному   шару.

Продолжительность   загрязненного   состояния   атмосферы   после    крупных

вулканических извержений достигает  нескольких лет.

    Антропогенные   источники   загрязнения    обусловлены    хозяйственной

деятельностью человека. К ним следует  отнести:

    1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд.

т. углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860 – 1960  гг.)

содержание СО2 увеличилось на 18 %  (с 0,027 до 0,032%).  За  последние  три

десятилетия темпы этих выбросов значительно  возросли.  При  таких  темпах  к

2000 г. количество углекислого  газа в атмосфере составит  не менее 0,05%.

    2. Работа тепловых электростанций, когда при  сжигании  высокосернистых

углей в результате выделения сернистого газа и мазута  образуются  кислотные

дожди.

    3. Выхлопы современных  турбореактивных самолетов  с   оксидами  азота  и

газообразными фторуглеводородами из  аэрозолей,  которые  могут  привести  к

повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

    4. Производственная деятельность.

    5.  Загрязнение  взвешенными   частицами  (при  измельчении,  фасовке  и

загрузке,  от  котельных,  электростанций,  шахтных  стволов,  карьеров  при

сжигании мусора).

    6. Выбросы предприятиями  различных газов.

    7. Сжигание топлива в  факельных печах,  в  результате  чего  образуется

самый массовый загрязнитель – монооксид  углерода.

    8.  Сжигание  топлива   в  котлах  и  двигателях  транспортных  средств,

сопровождающееся образованием оксидов  азота, которые вызывают смог.

    9. Вентиляционные выбросы  (шахтные стволы).

    10.  Вентиляционные  выбросы   с  чрезмерной  концентрацией   озона   из

помещений  с  установками  высоких  энергий  (ускорители,   ультрафиолетовые

источники и атомные реакторы) при  ПДК в  рабочих  помещениях  0,1  мг/м3.  В

больших количествах озон является высокотоксичным газом.

    При  процессах   сгорания  топлива  наиболее   интенсивное   загрязнение

приземного слоя  атмосферы  происходит  в  мегаполисах  и  крупных  городах,

промышленных центрах ввиду  широкого распространения в  них  автотранспортных

средств, ТЭЦ, котельных и других  энергетических  установок,  работающих  на

угле,  мазуте,  дизельном  топливе,  природном   газе   и   бензине.   Вклад

автотранспорта в общее загрязнение  атмосферного воздуха достигает  здесь  40-

50 %. Мощным и чрезвычайно опасным  фактором загрязнения  атмосферы   являются

катастрофы на АЭС (Чернобыльская  авария)  и испытания ядерного  оружия  в

атмосфере. Это связано как  с  быстрым  разносом  радионуклидов  на  большие

расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории.

    Высокая опасность химических  и биохимических производств  заключается  в

потенциальной  возможности  аварийных  выбросов  в   атмосферу   чрезвычайно

токсичных веществ,  а  также  микробов  и  вирусов,  которые  могут  вызвать

эпидемии среди населения и  животных.

    В настоящее время  в приземной атмосфере находятся  многие десятки  тысяч

загрязняющих веществ  антропогенного  происхождения.  Ввиду  продолжающегося

роста промышленного и сельскохозяйственного  производства  появляются  новые

химические   соединения,   в   том   числе   сильно   токсичные.    Главными

антропогенными загрязнителями  атмосферного  воздуха  кроме  крупнотоннажных

оксидов серы, азота, углерода, пыли и  сажи  являются  сложные  органические,

хлорорганические  и  нитросоединения,  техногенные  радионуклиды,  вирусы  и

микробы.  Наиболее  опасны  широко  распространенные  в  воздушном  бассейне

России диоксин, бенз(а)пирен,  фенолы,  формальдегид,  сероуглерод.  Твердые

взвешенные частицы представлены главным образом сажей,  кальцитом,  кварцем,

гидрослюдой, каолинитом,  полевым  шпатом,  реже  сульфатами,  хлоридами.  В

снеговой  пыли  специально  разработанными   методами   обнаружены   окислы,

сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых  металлов, а также сплавы и  металлы  в

самородном виде.

    В Западной  Европе  приоритет  отдается  28  особо   опасным  химическим

элементам, соединениям и их группам. В группу  органических  веществ  входят

акрил,  нитрил,  бензол,  формальдегид,  стирол,  толуол,   винилхлорид,   а

неорганических – тяжелые металлы (As, Cd, Cr,  Pb,  Mn,  Hg,  Ni,  V),  газы

(угарный газ, сероводород,  оксиды  азота  и  серы,  радон,  озон),  асбест.

Преимущественно токсическое действие оказывают свинец,  кадмий.  Интенсивный

неприятный запах  имеют  сероуглерод,  сероводород,  стирол,  тетрахлорэтан,

толуол. Ореол воздействия оксидов  серы и азота распространяется  на  большие

расстояния. Вышеуказанные 28 загрязнителей  воздуха  входят  в  международный

реестр потенциально токсичных  химических веществ.

    Основные загрязнители  воздуха жилых помещений –  пыль  и  табачный  дым,

угарный  и  углекислый  газы,  двуокись  азота,  радон  и  тяжелые  металлы,

инсектициды, дезодоранты, синтетические  моющие вещества, аэрозоли  лекарств,

микробы и бактерии. Японские исследователи  показали, что бронхиальная  астма

может быть связана с наличием в  воздухе жилищ домашних клещей.

    Для   атмосферы   характерна    чрезвычайно    высокая    динамичность,

обусловленная как  быстрым  перемещением  воздушных  масс  в  латеральном  и

вертикальном  направлениях,  так  и   высокими   скоростями,   разнообразием

протекающих  в  ней  физико-химических  реакций.  Атмосфера  рассматривается

сейчас  как огромный «химический котел», который находится  под  воздействием

многочисленных  и изменчивых  антропогенных  и  природных  факторов.  Газы  и

аэрозоли, выбрасываемые в  атмосферу,  характеризуются  высокой  реакционной

способностью.  Пыль  и  сажа,  возникающие  при  сгорании  топлива,   лесных

пожарах, сорбируют  тяжелые  металлы  и  радионуклиды  и  при  осаждении  на

поверхность могут загрязнить  обширные  территории,  проникнуть  в  организм

человека  через органы дыхания.

    Выявлена тенденция совместного  накопления в твердых взвешенных  частицах

приземной атмосферы Европейской России свинца и  олова;  хрома,  кобальта  и

никеля; стронция, фосфора,  скандия,  редких  земель  и кальция;  бериллия,

олова, ниобия, вольфрама и  молибдена;  лития,  бериллия  и  галлия;  бария,

цинка, марганца  и  меди.  Высокие  концентрации  в  снеговой  пыли  тяжелых

металлов  обусловлены как присутствием  их  минеральных  фаз,  образовавшихся

при сжигании угля, мазута и других видов  топлива,  так  и  сорбцией  сажей,

глинистыми  частицами газообразных соединений типа галогенидов олова.

    Время «жизни» газов и аэрозолей  в атмосфере колеблется в очень   широком

диапазоне (от 1 – 3 минут до нескольких месяцев) и зависит в основном от  их

химической устойчивости размера (для аэрозолей)  и  присутствия  реакционно-

способных компонентов (озон, пероксид водорода и др.).

    Оценка и тем более  прогноз состояния приземной атмосферы являются очень

сложной проблемой.  В  настоящее  время  ее  состояние  оценивается  главным

образом  по  нормативному  подходу.  Величины  ПДК  токсических   химических

веществ и  другие  нормативные  показатели  качества  воздуха  приведены  во

многих справочниках и руководствах. В таком  руководстве  для  Европы  кроме

токсичности загрязняющих веществ (канцерогенное, мутагенное,  аллергенное  и

другие  воздействия)  учитываются  их  распространенность  и  способность  к

аккумуляции в организме человека и  пищевой  цепи.  Недостатки  нормативного

подхода – ненадежность принятых значений  ПДК  и  других  показателей  из-за

слабой  разработанности  их  эмпирической  наблюдательной  базы,  отсутствие

учета совместного воздействия  загрязнителей  и  резких  изменений состояния

приземного слоя атмосферы во времени  и  пространстве.  Стационарных  постов