Атмосферный воздух пока ещё не считается ресурсом в экономическом смысле слова, т.е. пользование им осуществляется бесплатно.
Тем не менее, он используется в качестве природного ресурса, во-первых, для извлечения большой группы сжатых и сжиженных газов (азот, кислород, аргон, гелий, ксенон, твердая углекислота), а также в качестве приемника загрязняющих веществ промышленных предприятий (ассимиляционный ресурс).
В последнее время решающим фактором, определяющим экологическое состояние атмосферного воздуха, стало ᴇᴦο загрязнение.
Под загрязнением атмосферы следует понимать любое изменение её состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений в экосистемах.
По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на˸ 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и ᴇᴦο соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и пр.)
Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной деятельности человека – это диоксид серы (SO 2), оксиды азота (NO, NO 2), оксид углерода (CO) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в общем объёме выбросов вредных веществ. Основная масса указанных газообразных выбросов образуется в результате сжигания органического топлива (нефтепродукты, каменный уголь, природный газ и др.) в теплоэнергетических установках, в двигателях автомобильного, железнодорожного, авиационного, водного транспорта, в ходе других промышленных технологических процессов. В качестве основного газообразного продукта при этом образуется диоксид углерода (углекислый газ, CO 2), но он не относится к загрязняющим веществам, а дополнительно в атмосферу выбрасываются продукты неполного сгорания углерода (CO, сажа, полиароматические соединения), окислы азота в результате реакции окисления при высоких температурах молекулярного азота воздуха, сернистый газ при окислении примесей серы в углеводородном сырье, золы при сжигании угля.
Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается ещё более 70 наименований вредных веществ, однако именно концентрация главных загрязнителей наиболее часто превышает допустимые уровни во многих городах России.
Схематично выбросы загрязняющих веществ в атмосферу можно представить в виде пирамиды, нижнюю часть и основной объём которой занимают перечисленные выше основные загрязняющие вещества с большой массой выбросов – они характеризуются относительно умеренной токсичностью и, соответственно, достаточно большими значениями допустимых концентраций в атмосферном воздухе (ПДКм.р.˸ CO - 3; NO 2 - 0,085; SO 2 – 0,5 мг/м 3). Следующий уровень со значительно меньшим объёмом составляют различные органические и неорганические химические соединения с гораздо большей токсичностью, такие как соединения тяжелых металлов, поллютанты химических производств и т.д. Верхнюю часть пирамиды образуют небольшие объёмы супертоксикантов или так называемых сильно действующих ядовитых веществ – это продукты и полупродукты производства многих ядохимикатов, соединения наиболее токсичных тяжелых металлов (например, ртуть и нек. др.), в эту же группу входят многие хлорорганические соединения, в т.ч. так называемые диоксины. Данные соединения чаще всего очень опасны не только и даже не столько по своей острой токсичности, сколько создаваемой угрозой отдаленных последствий (мутагенный и канцерогенный эффекты).
Экологическое состояние атмосферного воздуха России. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Экологическое состояние атмосферного воздуха России." 2015, 2017-2018.
Состав атмосферы. Атмосфера состоит из смеси нескольких газов, называемой воздухом, в котором находятся во взвешенном состоянии жидкие и твердые частички. Основными газами сухого воздуха являются азот (более 78% по объему) и кислород (около 21%), заметная доля принадлежит аргону (около 1%) и углекислому газу (около 0,03%). Кроме того, в атмосфере содержатся в ничтожных количествах криптон, ксенон, неон, гелий, водород, озон, йод, радон, метан, аммиак, перекись водорода, закись азота и другие газы. В атмосфере имеется переменное количество водяного пара в пределах от почти 0 до 4%.
Процентное содержание составных частей сухого воздуха до высоты примерно 100 км мало меняется. На высотах от 10-20 до 50-60 км при поглощении кислородом ультрафиолетовой радиации Солнца образуется озон. Выше 80 км под действием ультрафиолетовой и корпускулярной радиации Солнца в атмосфере преобладают заряженные атомы кислорода и азота, заряженные молекулы окиси азота и свободные электроны. Выше 1000 км атмосфера состоит в основном из гелия, а выше 2000 км - из водорода. Количество водяного пара сильно уменьшается с высотой. На высоте 5 км его количество в 10 раз меньше, чем у земной поверхности, а на высоте 8 км - в 100 раз меньше.
Первичная атмосфера Земли состояла главным образом из водяных паров, водорода и аммиака. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца водяные пары разлагались на водород и кислород. Водород в значительной части уходил в космическое пространство, кислород вступал в реакцию саммиаком и образовывались азот и вода. На раннем этапе геологической истории Земли в атмосфере преобладал углекислый газ, который поступал из недр при интенсивных вулканических извержениях. С появлением в конце палеозоя зеленых растений кислород стал поступать в атмосферу в результате разложения углекислого газа при фотосинтезе, и состав атмосферы принял современный вид.
Взвешенные частички в атмосфере называются аэрозолями. К ним относятся водяные капли и кристаллы, пыль минерального и органического происхождения, дым и пепел от лесных пожаров, сгорания топлива и вулканических извержений, частички морской соли, микроорганизмы, космическая пыль и продукты радиоактивного распада, возникающие при испытательных взрывах атомных и термоядерных бомб. Аэрозоли содержатся главным образом в самых нижних слоях атмосферы. Многие из них служат ядрами, на которых начинается конденсация водяного пара при образовании облаков и тумана.
Физическое состояние атмосферы. Рассмотрим основные характеристики физического состояния атмосферы, от которых в первую очередь зависит ее строение и роль в развитии географической оболочки. К этим характеристикам относятся температура, давление и плотность воздуха и производное от них движение воздуха.
Давление, плотность и температура связаны между собой уравнением состояния газов
где Р - давление, ρ - плотность, Т - температура по абсолютной шкале, R - газовая постоянная, зависящая от природы газа. С достаточным приближением это уравнение применимо и для атмосферы. Из уравнения следует, что плотность и температура пропорциональны давлению. Следовательно, если с высотой давление уменьшается, то должны уменьшаться плотность и температура.
Среднегодовая температура воздуха у земной поверхности 14°. Она варьирует в широких пределах: ее крайние значения от +58° (в тропических пустынях) до -88° (в Антарктиде). С высотой температура, как правило, понижается по сложному закону.
Давление, оказываемое атмосферой на земную поверхность, составляет на уровне моря в среднем 1013 мб. Самое высокое давление, приведенное к уровню моря, зарегистрировано в Азии (1080 мб), самое низкое - в Тихом океане (887 мб). С высотой давление убывает примерно в геометрической прогрессии, когда высота возрастает в арифметической прогрессии. На уровне 5 км давление почти вдвое ниже, чем на уровне моря, на уровне 10 км - в 4 раза, на уровне 20 км - в 18 раз ниже.
Плотность воздуха уменьшается с высотой меньше, чем давление. У поверхности земли плотность в среднем равна 1250 г/ж 3 , на высоте 5 км - 735 г/м 3 , 10 км - 411 г/м 3 , 20 км - 87 г/м 3 .
В связи с изменением давления воздух постоянно перемещается в горизонтальном и вертикальном направлениях, что приводит к обмену тепла и влаги на земной поверхности и в нижнем слое атмосферы. Горизонтальное перемещение воздуха происходит со средней скоростью у земной поверхности 5-10 м/сек, максимальной более 50 м/сек. В высоких слоях атмосферы наблюдаются скорости 100 м/сек и более. Вертикальное перемещение воздуха происходит со скоростью от нескольких метров до 10-20 м/сек.
Строение атмосферы. В вертикальном направлении атмосферу можно представить состоящей из нескольких концентрических слоев, сравнительно резко отличающихся по своим физическим свойствам. Давление и плотность атмосферы понижаются с высотой постепенно и не могут являться причиной скачкообразного изменения свойств атмосферы. Изменение же температуры, связанное с давлением и плотностью уравнением состояния газов, понижается постепенно лишь до определенной высоты. Далее в ход температуры вмешивается ультрафиолетовое и корпускулярное
излучение Солнца, где давление и плотность уже малы. Ультрафиолетовое излучение приводит к образованию слоя озона, в связи с чем понижение температуры с высотой сначала уравновешивается, а затем температура повышается. На высотах, где влияние озона перестает сказываться, температура вновь начинает понижаться. На высотах более 80 км под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучения Солнца происходит образование ионов в атмосфере, что опять приводит к повышению температуры (рис. 10). Таким образом, основной причиной концентрического строения атмосферы является ультрафиолетовое и корпускулярное излучение Солнца.
Нижний слой атмосферы высотой до 17 км над экватором и 8 км над полюсами называется тропосферой. Температура в тропосфере понижается с высотой в среднем на 0°, 6 на каждые 100 м. В тропосфере происходит непрерывное перемешивание воздуха, образуются облака, выпадают осадки. В ней сосредоточено до 4/5 всей массы атмосферы и почти весь водяной пар. Процессы, происходящие в тропосфере, непосредственно влияют на погоду и климат. Нижний слой тропосферы, примыкающий к земной поверхности, называют приземным слоем. Здесь особенно резко выражены изменения температуры в течение суток и года. Слой от земной поверхности до высоты порядка 1000 м называется слоем трения, в котором уменьшается скорость ветра и меняется его направление. Слой трения оказывает большое влияние на общую циркуляцию атмосферы. В процессе последней тропосфера расчленяется на отдельные воздушные массы, которые более или менее длительное время сохраняют индивидуальные физические свойства (температуру, влажность, содержание пыли). Горизонтальное распространение воздушных масс измеряется тысячами километров.
Над тропосферой до высоты порядка 55 км расположена стратосфера. В ней выделяется слой озона с максимальной концентрацией его на высоте от 25 до 30 км. Нижняя стратосфера имеет более или менее постоянную температуру около -70° над экватором и от -45 до -65° над северным полюсом. С высоты 25 км температура начинает расти и у верхнего предела стратосферы достигает 10-30°. Распределение температуры в стратосфере является причиной господства горизонтального переноса воздуха, что приводит, в частности, к обмену воздушных масс между широтами.
На высотах порядка от 55 до 80 км расположена мезосфера. Здесь температура падает с высотой до нескольких десятков градусов у верхней границы и поэтому преобладает вертикальное движение воздуха.
Над мезосферой до высоты порядка 1200 км расположена ионосфера (термосфера). Температура в ней с высотой повышается до 1000°, а возможно и более. Физические свойства ионосферы зависят главным образом от магнитосферы Земли, солнечной активности и их колебаний. Это приводит, в частности, к образованию постоянных и временных слоев и облаков с повышенной плотностью ионизированного газа. Сильная изменчивость свойств ионосферы косвенно влияет и на состояние нижних слоев атмосферы, а следовательно, на погоду и климат.
Над ионосферой расположена протоносфера, состоящая в основном из ионов водорода (протонов). Она распространяется до верхней границы магнитосферы.
Мониторинг состояния атмосферного воздуха на территории Калужской области осуществляют в пределах своей компетенции ГУ «Калужский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», Управление Роспотребнадзора по Калужской области, Калужский филиал ФГУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений по ЦФО», ООО Фирма «Экоаналитика», предприятия и организации, осуществляющие деятельность на территории Калужской области.
В 2010 году наблюдения за качеством атмосферного воздуха в г. Калуге осуществлялись ГУ «Калужский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» на двух стационарных постах, расположенных с учетом размещения крупных промышленных предприятий и автомобильных дорог. В пробах воздуха определялись концентрации взвешенных веществ, диоксида серы, оксида углерода, диоксида азота, оксида азота, фенола, формальдегида. Институтом экспериментальной метеорологии г. Обнинска проводился отбор проб воздуха для выявления содержания бенз(а)пирена, тяжелых металлов (хрома, марганца, железа, никеля, меди, цинка, свинца).
Случаев высокого и экстремально высокого загрязнения воздуха в 2010 году не наблюдалось. Уровень загрязнения атмосферы остается высоким по значению ИЗА = 8,0. Средние годовые концентрации взвешенных веществ, оксида углерода, диоксида азота, оксида азота, бенз(а)пирена и тяжелых металлов (медь, марганец, железо, цинк) в атмосферном воздухе г. Калуги в отчетном году повысились. Отрицательная динамика зарегистрирована для диоксида серы, фенола и ряда тяжелых металлов (никель, хром).
В 2010 году Администрацией города Обнинска и ГУ «Научно-производственное объединение «Тайфун» подписано Соглашение по осуществлению мониторинга состояния атмосферного воздуха. Для осуществления контроля за состоянием атмосферного воздуха ГУ «НПО «Тайфун» оборудован стационарный пост, а на городских территориях приводится инструментальный мониторинг атмосферного воздуха передвижными экологическими лабораториями, оснащенными современными пробоотборными устройствами и газоанализаторами.
Калужский филиал «Центр лабораторного анализа и технических измерений по ЦФО» осуществляет мониторинг состояния атмосферного воздуха на территориях предприятий, автозаправочных станций, полигонов твердых бытовых отходов.
В 2010 году проведен мониторинг состояния атмосферного воздуха в 96 контрольных точках, расположенных на территории санитарно-защитных зон и жилых зон. Наблюдения проводились одновременно на всех точках в строго установленное время один раз в месяц за основными веществами, определенными в РД 52.04.186-89 (диоксид азота, оксид углерода, взвешенные вещества). Кроме основных веществ, определялось содержание в атмосферном воздухе жилых зон и санитарно-защитных зон промышленных предприятий специфических веществ.
Наиболее часто встречающимися загрязняющими веществами, поступающими с выбросами промышленных предприятий в атмосферный воздух, являются: пыль различного состава, окислы азота, оксид углерода, аммиак, эпихлоргидрин, бензин и т.д.
В 2010 году наибольшие превышения нормативов предельно допустимых выбросов обнаружены:
- - ОАО «Приборный завод «Сигнал» - по уайт-спириту в 3,5 раза;
- - ОАО «Руно» - по диоксиду азота в 9,0 раз;
- - ЗАО «Фрилайт» - по оксиду углерода в 3,0 раза;
- - ОАО «Восход-КРЛЗ» - по уксусной кислоте в 69,5 раза, этанолу в 13,7 раза, ацетону в 43,5 раза, аммиаку в 15,4 раза, изопропиловому спирту в 25,9 раза;
- - ОНПП «Технология» - по эпихлоргидрину в 2,5 раза;
- - ООО «Рукки Рус» - по диоксиду азота в 13,3 раза, по пыли неорганической в 17,0 раз.
На территориях полигонов твердых бытовых отходов определяется содержание в атмосферном воздухе следующих загрязняющих веществ: оксид углерода, сероводород, аммиак, бензол, трихлорметан, метан, хлорбензол. В 2010 году были обнаружены превышения предельно допустимых концентраций на полигоне в г. Сухиничи по аммиаку в точке № 1 (тело полигона) в 3,5 раза, в точке № 2 (санитарно-защитная зона) в 2,5 раза.
Аналитическая лаборатория охраны окружающей среды ЗАО «Плитспичпром» проводит исследования атмосферного воздуха г. Балабаново по двум веществам - формальдегиду и аммиаку. Средние концентрации формальдегида и аммиака в 2010 году в атмосферном воздухе г. Балабаново уменьшились и составили 0,011 мг/м3 (0,31 ПДКм.р.) и 0,055 мг/м3 (0,27 ПДКм.р.) соответственно.
По данным ЗАО «Плитспичпром» в отчетном году предприятиями г. Балабаново было выброшено в атмосферный воздух 115,417 тонн загрязняющих веществ, в том числе 19,444 тонн твердых веществ и 98,774 тонн газообразных (диоксида серы - 0,037 тонн, оксида углерода - 37,347 тонн, оксидов азота 55,976 тонн).
В 2010 году продолжены работы по организации и методическому обеспечению сводных томов«Охрана атмосферы и нормативы ПДВ (ВСВ)» для крупных городов Калужской области: Калуги, Обнинска, Балабаново, Людиново. Ведение сводных томов позволяет установить нормативы ПДВ (ВСВ) с учетом взаимного влияния всех источников загрязнения атмосферного воздуха, расположенных на территории населенного пункта, а также значительно упрощает процедуру выдачи разрешений на выброс вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух. Особенностью разрабатываемых сводных томов является то, что они находятся в постоянно действующем состоянии и составляют основу единой информационной системы городов.
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха г. Калуги являются крупные промышленные предприятия, автотранспорт и объекты строительства. При этом в последние годы прослеживается тенденция увеличения негативного воздействия автотранспорта на состояние атмосферного воздуха. Так, по предварительным данным, в 2010 году валовые выбросы автотранспорта превысили выбросы промышленных предприятий города более чем в 2 раза. Выбросы промышленных предприятий в отчетном году по сравнению с 2009 годом увеличились не значительно и составили 7,85 тыс. тонн.
Согласно аналитическому обзору за 2010 год валовый выброс загрязняющих веществ предприятиями г. Людиново составил 3012 тонн. Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят ЗАО «Кронтиф», ОАО «Людиновский тепловозостроительный завод», ОАО «Агрегатный завод» и МУП «Людиновские тепловые сети» (95% всех выбросов). В структуре выбросов преобладают: окись углерода - 81%, взвешенные вещества - 7,85%, азота диоксид - 3,99%, серы диоксид - 2,94%.
Объем выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух Жуковского района в 2010 году по сравнению с 2009 годом увеличился на 1,2 тонны и составил 648,5 тонн. Это объясняется, прежде всего, тем, что на полную мощность стали работать такие предприятия, как ООО «Оптима», ООО «Мануфактура полимерных пленок», ЗАО «Авто Иквипмент Плант», ООО «Пайплаф». Острой остается проблема загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта.
Объем выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух Перемышльского района Калужской области в последние годы остается на одном уровне и составляет около 150 тонн.
Экологические аспекты безопасности
Экологическая безопасность – сумма условий, при которых достигается научно-обоснованное ограничение или исключение вредного воздействия хозяйственной деятельности на жизнедеятельность населения и качество окружающей среды.
Экологическая безопасность достигается системой мероприятий (прогнозирование, планирование, подготовка к осуществлению комплекса профилактических мер), обеспечивающих минимальный уровень неблагоприятных воздействий природы и технологических процессов ее освоения на жизнедеятельность и здоровье людей (человека) при сохранении темпов экономического развития.
Качество окружающей среды складывается из качества отдельных компонентов природы (атмосферного воздуха, климата, природных вод, почвенного покрова и т.д.), хозяйственно-бытовых элементов (производство, жилище, коммунальное благоустройство) и социально-экономических условий (уровень доходов, образование).
На современном этапе исторического развития принято выделять две формы взаимодействия общества и природы:
экономическая – потребление природных ресурсов;
экологическая – охрана окружающей природной среды с целью сохранения человека и его естественной среды обитания.
Человек, потребляя ресурсы окружающей среды для удовлетворения своих материальных и духовных потребностей, изменяет природную среду, которая начинает воздействовать на самого человека. Негативная антропогенная деятельность проявляется в трех основных направлениях:
· загрязнение окружающей среды – процесс привнесения в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее агентов, оказывающих на ее составляющие негативное воздействие.
Существует три вида загрязнений: физическое (солнечная радиация, электромагнитное излучение и т.д.), химическое (аэрозоли, тяжелые металлы и др.), биологическое (бактериологическое, микробиологическое). Каждый вид загрязнения имеет характерный и специфичный для него источник загрязнения. Источник загрязнения – природный или хозяйственный объект, являющийся началом поступления вещества-загрязнителя в окружающую среду. Различают природные и антропогенные источники загрязнения. Антропогенный поток поступления экотоксикантов в окружающую среду превалирует над естественным (50-80%) и лишь в некоторых случаях сопоставим с ним;
· истощение природных ресурсов ;
· разрушение окружающей природной среды .
Масштаб воздействия человека на природу стал в современных условиях планетарным, а по количественному эффекту деятельность человека превосходит многие естественные процессы, что приводит к тяжелым экологическим последствиям. Антропогенное влияние распространяется на все важнейшие составляющие биосферы: атмосферу, гидросферу, литосферу. Перейдем к их подробной характеристике.
I. Изменение состояния атмосферы.
Атмосфера – газовая оболочка планеты, достигающая высоты 1000 км . За пределами данного расстояния атмосфера становится разреженной и постепенно переходит в космическое пространство. Атмосфера обеспечивает функцию дыхания всех живых организмов; определяет общий тепловой режим поверхности планеты; защищает от вредного космического и ультрафиолетового излучения Солнца. Циркуляция атмосферы влияет на местные климатические условия, а через них на режим рек, косвенно на растительный покров и на процессы рельефообразования.
Специалисты, изучающие атмосферу, выделяют в ней несколько зон, располагающихся на различных высотах от Земли в зависимости от их температуры (Рис.).
Тропосфера самый близкий слой к поверхности Земли, его высота 9-16 км. В этом слое происходят явления, которые мы именуем погодой.
Стратосфера – слой, достигающий высоты 45-50 км. Именно здесь сконцентрирована основная часть атмосферного озона (20-25 км), имеющего чрезвычайно важное биологическое значение – защита живых организмов от коротковолнового ультрафиолетового излучения.
Мезосфера – слой, расположенные на высотах 50-80 км от земной поверхности. Этот слой характеризуется быстрым понижением температуры, так на верхней его границе температура может достигать – 100 о С.
Термосфера начинается на высоте более 80 км, ее верхняя граница достигает 600-800 км. Это область полетов искусственных спутников Земли и межконтинентальных баллистических ракет. Для нижней границы термосферы характерно непрерывное повышение температуры, достигающей +250 о С. Важнейшей физической особенностью этого слоя является повышенная ионизация, т.е. наличие огромного количества электрически зараженных частиц, что позволяет наблюдать полярные сияния.
Экзосфера – внешний слой атмосферы. Отсюда атмосферные газы рассеиваются в космическое пространство. От космического пространства экзосфера отличается наличием большого количества свободных электронов, образующих верхние радиационные пояса Земли.
Хотя процессы, происходящие в земной атмосфере, необычайно сложны, ее химический состав сравнительно однороден:
· азот (N 2)– 78,1%
· кислород (O 2) – 20,95%
· аргон (Ar) – 0,9%
· углекислый газ (CO 2) – 0,03%
· водород (H 2) , гелий (He), неон (Ne) и другие газы – 1,8*10 -4 %.
Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению. Однако, превышая пределы данной способности, деятельность человека изменяет сложившееся в природе равновесие. Большинство экологически негативных последствий деятельности людей проявляется в загрязнении природного вещества.
1. Загрязнение атмосферы – представляет собой изменение физико-химического состава воздуха, которое угрожает состоянию здоровья и жизни человека, а также естественной среде обитания.
В экологической литературе загрязняющие вещества получили название полютантов (экотоксикантов). Степень загрязнения атмосферного воздуха оценивается по двум основным группам экотоксикантов:
a) канцерогенные вещества – бенз(а)пирен, бензол, формальдегид (источником которых являются выхлопные газы автотранспорта), а также свинец, кадмий, никель, хром, мышьяк, сероуглерод, асбест, хлорсодержащие вещества (результат производственной деятельности). Канцерогенез – это способность металла проникать в клетку и реагировать с молекулой ДНК, приводя к хромосомным нарушениям клетки.
b) неканцерогенные вещества – оксиды азота, углерода, серы, озон, частицы пыли и сажи. К наиболее распространенным и повсеместно контролируемым полютантам, которых, по данным ЮНЕП, ежегодно выделяется до 25 млрд.т., относят:
·диоксид серы и частицы пыли – 200 млн т/год;
·оксиды азота (N x O y) – 60 млн т/год;
·оксиды углерода (CO и CO 2) – 8000 млн т/год;
· углеводороды (C x H y) – 80 млн т/год.
В последние десятилетия над промышленными центрами и крупными городами образуется скопление дыма и тумана называемое смог (от англ. smoke – дым и fog – туман). В его структуре можно выделить три яруса:
· нижний, залегающий между домами, образуется выделением выхлопных газов транспорта и поднятой пылью;
· средний, питаемый дымом отопительных систем, располагается над домами на высоте 20-30 метров;
· высокий, на расстоянии 50-100 метров от поверхности земли, состоит из выделений промышленных предприятий.
Смог затрудняет дыхание, способствует развитию стрессовых реакций. Особенно опасен для больных, пожилых людей и маленьких детей. (Лондонский смог 1951 г. Вызвал гибель от обострения легочных, сердечных заболеваний и прямого отравления за две недели 3,5 тыс. человек. Рурская область в 1962 г. За три дня погибли 156 человек).
Основными компонентами фотохимического смога являются оксиды азота (NO 2 , N 2 O) и углеводороды. Взаимодействие солнечных лучей с данными загрязнителями, сконцентрированными вблизи земной поверхности, приводит к образованию озона, пероксиацетил нитратов (ПАН) и других веществ, сходных по своим свойствам со слезоточивым газом. ПАН – химически активные органические вещества, которые раздражают слизистые оболочки, ткани дыхательных путей и легких человека; обесцвечивают зелень растений. Высокие концентрации озона снижают урожай зерновых, замедляют рост растений и вызывают гибель деревьев.
Скоплению примесей в достаточной концентрации для образования фотосмога способствует температурная инверсия – особое состояние атмосферы, при котором на определенной высоте температура воздуха выше, чем температура воздушных масс в приземном слое. Данный слой теплого воздуха препятствует вертикальному перемешиванию и делает невозможным рассеивание токсичных выбросов. При современном градостроительстве подобные условия создаются в городах с кварталами многоэтажных домов. Инверсионный слой теплого воздуха может находиться на разных высотах, и чем ниже он располагается над большинством источников загрязнения, тем ситуация сложнее.
Уровни фотохимического загрязнения воздуха тесно связаны с режимом движения автотранспорта. В период высокой интенсивности движения утром и вечером отмечается пик выбросов в атмосферу оксидов азота и углеводородов, реакция которых друг с другом и обусловливает фотохимическое загрязнение воздуха.
Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воздухе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсичных соединений, что приводит к парниковому эффекту, появлению озоновых дыр, кислотным дождям и другим экологическим проблемам.
2. Парниковый эффект – нагревание атмосферы в результате увеличения в ней количества оксида углерода (IV) и ряда других газов, препятствующих рассеиванию тепловой энергии Земли в космическое пространство. Углекислый газ атмосферы вместе с водяным паром и другими многоатомными минигазами (CO 2 , H 2 O, CH 4 , NO 2 , O 3) образует над поверхностью планеты слой, который позволяет солнечным лучам (оптический диапазон электромагнитных волн) достигать поверхности земли, но задерживает обратное тепловое (длинноволновое инфракрасное) излучение. Тепловая энергия накапливается в поверхностных слоях атмосферы тем интенсивнее, чем больше в них концентрация парниковых газов. Так, доля молекул водяного пара в формировании парникового эффекта составляет 62%; углекислого газа – 22%; метана – 2,5%; оксидов азота – 4%; озона – 7% и других газов 2,5%.
Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере обусловлено длительным периодом систематического роста сжигания ископаемых видов топлива. Добыча газа, нефти и угля, гниение органических остатков и рост численности крупного рогатого скота являются источником поступления в атмосферу метана. Масштабы применения в сельском хозяйстве азотных удобрений и углеродосодержащих топлив в ТЭС характеризуют количество выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Присутствие в атмосфере водяного пара обусловлено интенсивностью испарения воды с поверхности океанов вследствие потепления климата.
Усилению парникового эффекта также способствуют, используемые в качестве растворителей, охлаждающих средств в холодильных установках и различных бытовых баллончиках, хлорфторуглеводороды (фреоны). Их влияние на парниковый эффект в 1000 раз сильнее, чем влияние равного количества углекислого газа.
Следствием парникового эффекта является повышение температуры на поверхности Земли и потепление климата. В результате возникает опасность таяния полярных льдов, что может вызвать затопление низких прибрежных участков суши. Кроме того, увеличение температуры воздушной среды может привести к снижению продуктивности сельскохозяйственных земель – дезертификации (от англ. desert – пустыня). В этой связи население соответствующих регионов будет испытывать недостаток питания.
3. «Озоновые дыры» – области с уменьшенным содержанием на 40-50% озона в атмосфере .
Озон представляет собой соединение трех атомов кислорода (О 3), образующееся в верхних слоях стратосферы и нижних слоях мезосферы из кислорода под влиянием ультрафиолетовых (УФ) лучей солнечного света. Результатом данного взаимодействия является поглощение озоновым экраном около 99% УФ-излучения солнечного спектра, обладающего высокой энергией и губительного для всего живого. Количественной оценкой состояния озона в атмосфере является толщина озонового слоя, которая в зависимости от сезона, широты и долготы колеблется от 2,5 до 5 относительных миллиметров.
Многочисленные данные свидетельствуют о том, что озоновый слой начинает уменьшаться. Основной процесс деструкции озона обусловлен влиянием и увеличением выбросов оксидов азота, источником которых являются отработанные газы суперлайнеров с высоким потолком полета, различные ракетные системы, извержения вулканов и другие природные явления. Серьезную опасность для озонового слоя представляет поступление в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ). Наиболее сильное разрушение озона связано с производством фреонов (CH 3 CL, CCL 2 F 2 и CCL 3 F), получивших широкое распространение в качестве наполнителей аэрозольных упаковок, огнетушителей, хладагентов в холодильниках и кондиционерах, при производстве пенопласта. Фреоны, попавшие в атмосферу, характеризуются большой устойчивостью и сохраняются в ней 60-100 лет.
Являясь химически инертными, фреоны безвредны для человека. Однако в стратосфере под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы разлагаются с выделением хлора.
Молекула хлора действует как катализатор, оставаясь неизменной в десятках тысяч актов разрушения молекул озона. Один атом хлора способен уничтожить 100 000 молекул озона.
Уменьшение содержания озона в атмосфере на 1% приводит к увеличению на 1,5% интенсивности падающего на поверхность нашей планеты жесткого УФ-излучения. Даже небольшое уменьшение озонового слоя способно увеличить заболеваемость раком кожи, оказать неблагоприятное воздействие на растения и животных, вызвать непредсказуемые изменения климата земного шара.
Проблема влияния фреонов на стратосферный озон приобрела международное значение, особенно в связи с образованием «озоновых дыр». Принята международная программа сокращения производств, использующих фреоны. Разработан и налажен промышленный выпуск так называемых альтернативных хладонов с низкой величиной коэффициента относительной озоноактивности.
4. Кислотные дожди – осадки (дождь, снег, туман), химический состав которых характеризуется низким значением рН фактора . Для того, чтобы разобраться в данном вопросе вспомним, что молекулы воды обычно диссоциируют на ионы водорода (Н +) и гидроксил-ионы (ОН -). Раствор с одинаковыми концентрациями водородных и гидроксильных ионов называется нейтральным. Количественно величина кислотности раствора определяется как логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком. Эта величина называется рН -фактор. Значение рН=7 характеризует нейтральную воду – не кислую и не щелочную. Уменьшение величины рН на 1 означает увеличение кислотных свойств раствора в 10 раз. Чем меньше значение рН, тем более кислым оказывается раствор.
Кислотный дождь представляет собой результат присутствия в атмосфере оксидов серы и оксидов азота. Основными источниками поступления этих соединений в воздух являются процессы сжигания ископаемых видов топлива, содержащих серу; выплавка металлов; работа автотранспорта. Под действием УФ-излучения оксид серы (IV) превращается в оксид серы (VI), который вступая в реакцию с атмосферным водяным паром образует серную кислоту, очень гигроскопичную, способную образовывать токсичный туман. Наряду с оксидами серы, с порами воды смешиваются оксиды азота с образованием азотной кислоты. Эти две кислоты, а также соли этих кислот и обусловливают выпадение кислотных дождей. Чем выше содержание этих кислот в воздухе, тем чаще выпадают кислотные дожди.
Кислотные осадки присутствуют в радиусе 10-20 км вокруг индустриальных гигантов. К наиболее неблагоприятным районам России по кислотным осадкам относятся: Кольский полуостров, восточный склон Уральского хребта и район Таймыра. Кислотные аэрозольные частицы имеют небольшую скорость осаждения и могут переноситься в отдаленные районы на 100-1000 км от источников загрязнений.
Кислотные дожди ведут к разрушению зданий и сооружений, особенно выполненных из песчаников и известняка. Существенно повышается коррозионная агрессивность атмосферы, что вызывает коррозию металлических предметов и конструкций.
Особую опасность представляют не сами осадки, а вызываемые ими вторичные процессы. Под воздействием кислотных дождей изменяются биохимические свойства почвы, состояние пресных вод и лесов. В результате изменения рН почвы и воды повышается растворимость в них тяжелых металлов. Компоненты кислотных дождей после взаимодействия с тяжелыми металлами переводят их в легкоусваиваемую растениями форму.
Далее по пищевой цепи тяжелые металлы попадают в организмы рыб, животных и человека. До определенных пределов организмы защищены от прямого вредного воздействия кислотности, но коммуляция (накопление) тяжелых металлов представляет серьезную опасность. Кислотные дожди, снижая рН воды озер, ведут к гибели их обитателей. Попадая в организм человека, ионы тяжелых металлов легко связываются с белками, подавляя синтез макромолекул и в целом обмен веществ в клетках.
5. Уменьшение количества кислорода (О 2). Более трех миллиардов лет назад простые клетки, питающиеся химическими веществами, растворенными в воде, превратились в организмы, способные к фотосинтезу и начали продуцировать кислород Примерно два миллиарда лет назад содержание свободного кислорода в земной атмосфере начало возрастать. Из части атмосферного кислорода под влиянием солнечного света сформировался защитный озоновый слой, после чего начали развиваться наземные растения и животные. Содержание кислорода в атмосфере с течением времени претерпевало значительные изменения, поскольку менялись уровни его образования и использования. (Рис.)
В современных условиях главным продуцентов кислорода на земле являются (служат) зеленые водоросли поверхности океана (60%), тропические леса суши (30%) и наземные растения (10%). Возможное уменьшение количества кислорода на планете обусловлено несколькими причинами.
Во-первых , увеличением объема сжигаемого ископаемого топлива (промышленность, ТЭС, транспорт). По расчетам специалистов использование всех доступных человеку залежей угля, нефти и природного газа уменьшит содержание кислорода в воздухе не более чем на 0,15%.
Недостаток кислорода в воздушной среде городов способствует распространению среди населения легочных и сердечно-сосудистых заболеваний.
6. Акустическое загрязнение – увеличение в воздушной среде уровня шумов, оказывающих раздражающее действие на живой организм.
На современном этапе развития НТП данное увеличение обусловлено внедрением новых технологических процессов, ростом мощностей оборудования, механизацией производственных процессов, появлением мощных средств наземного, воздушного и водного транспорта, что привело к практически постоянному воздействию на человека высоких (60-90 Дб) уровней шума. Это способствует появлению и развитию неврологических, сердечно-сосудистых, слуховых и других патологий.
В общем шумовом фоне города удельный вес транспорта составляет 60-80%. Внутриквартальные источники шума: спортивные игры, игры на детских площадках, разгрузочно-погрузочные работы у магазинов составляют 10-20%. Шумовой режим в квартирах складывается из шума проникающего извне и образующегося в результате эксплуатации инженерного и санитарно-технического оборудования: лифты, насосы, подкачка воды, мусоропроводы, вентиляция, запорные краны.
7. Снижение прозрачности атмосферы обусловлено увеличением содержания в ней взвешенных примесей (пыль). Пыль – это сложная смесь частиц. Твердые или жидкие частицы, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии, называются аэрозолями. Они воспринимаются в виде дыма (аэрозоль с твердыми частицами), тумана (аэрозоль с жидкими частицами), мглы или дымки.
Причины основных естественных выбросов пыли в атмосферу – это пыльные бури, эрозия почв, вулканическая деятельность, морские брызги. Источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, обогатительные фабрики, металлургические и цементные заводы, промышленные отвалы, взрывные работы, строительство. Высокие концентрации аэрозолей на протяжении многих лет регистрируются в атмосферном воздухе 50 городов России. Средняя концентрация взвесей наиболее загрязненных городов достигает 250-300 мкг/ м 3 , что в два раза выше среднесуточной предельно допустимой концентрации (ПДК), равной 150 мкг/м 3 . В 2000 году на территории г. Тамбова наблюдалось превышение максимальной разовой приземной концентрации по пыли в два раза, т.е. она составила 2 ПДК.
Промышленная пыль индустриальных городов имеет в своем составе оксиды металлов, многие из которых токсичны: оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, теллура. Их влияние на живой организм зависит от величины пылевых частиц, их характера и химического состава (рис.).
Взвешенные частицы не только затрудняют дыхание, вызывают аллергии и отравления, но и приводят к климатическим изменениям, поскольку отражают солнечное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли. Пыль ускоряет разрушение металлоконструкций, зданий и сооружений. Снижение прозрачности атмосферы способствует созданию помех авиации и судоходству, что нередко является причиной крупных транспортных аварий.
Похожая информация.
