Характеристика и источники загрязнения атмосферы.
Атмосфера состоит из окиси газов и имеет общую массу т или примерно одну миллионную массы Земли. Около 50% ее массы сосредоточена в приземном слое до высоты 5,5 км и 99%. - в слое до 40 км. Этот слой постоянен по составу и изменяется незначительно. По объему он состоит из постоянных (
- 78,01%;
-20,95%: аргон - 0,93%;
- 0,032 и инертные газы – 0,078 %) и переменных (
,
, СО,
, водяной пар и др.) газов. Масса
в атмосфере примерно
т., его поставляет растительность Земли до
т. в год. При этом
т
продуцируют леса. В верхнем слое атмосферы (в стратосфере) молекулы
под действием солнечной радиации расщепляется на атомы, образуя
. Его содержание в атмосфере составляет
% (по массе), а общее количество достигает
т. Он сосредотачивается высоте 20...45 км в виде слоя толщиной 2...4 мм (максимум у полисов). Озоновый слой интенсивно поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, защищая органическую природу от их смертоносного действия. Он задерживает около 20 % инфракрасных (тепловых) излучений Земли. Увеличение или уменьшение содержания
в атмосфере служит предвестником циклонов и антициклонов, потеплении или похолодании, изменений ветра, а также влияет организм человека, особенно его кожу.
Переменные газы (см. выше) создают загрязнения в атмосфере и поступают в нее от естественных и искусственных источников загрязнения атмосферы (ИЗА). К первым относят ИЗА природного происхождения (извержения вулканов, пылевые бури, лесные пожары и т.п.), а ко вторым - ИЗА антропогенного происхождения, т.е. вызванные деятельностью человека. По массе антропогенные загрязнения сопоставимы с природными, а по их превзошли. Кроме того, углеводороды
, обладают способностью накапливаться, что создает условия для повышения их содержания в атмосфере до опасных величин. Ниже рассматриваются в основном антропогенные загрязнения, представлявшие серьезную опасность материального загрязнения атмосферы.
Антропогенные выбросы в атмосферу мира ежегодно составляет порядка 20 млрд.т, в том числе - 18,3 млрд.т, твердых частиц - 1 млрд.т, СО - 304 млн.т,
- 100 млн.т,
- 88 млн.т и
- 53 млн.т. При этом промышленность с теплоэнергетикой поставляет 40...50%, транспорт - 40...50, сельское хозяйство - 5...6 и коммунальный сектор - 7...8% суммарных выбросов. Главными источниками этих загрязнений являются промышленность и транспорт. В итоге примерный относительный состав 3В в атмосфере промышленных городов следующий: СО - 45%,
-18,
- 15, пыль - 12 и
- 10%.
Как известно, в атмосфере Земли происходит самоочищение от материальных загрязнений за счет их конденсации, растворения, окисления, разложения и т.п., но это самоочищение не беспредельно. В определенных зонах Земли антропогенные источники, непрерывно и интенсивно выделяющие газовые и/или пылевые 3В, создают как глобальные, так и региональные и локальные загрязнения ОПС. Так интенсивные и непрерывно возрастающие загрязнения атмосферы и хлорфторуглеродами (фреонами или хладонами) в мире способствуют постепенному потеплению климата в биосфере и истощению озонового слоя нашей планета (см. выше раздел 3). Региональные и локальные загрязнения атмосферы распределяются так: 86% над промышленными районами, 12,9%. над городами, 1% над сельской местности и 0,1% над океанами. Аэрозольное загрязнение увеличивает плотность атмосферы и способствует развитию облачного покрова Земли, что снижает прямую солнечную радиацию. Оседание пыли на горные вечные снега и ледники увеличивает их таяние.
Локальные загрязнения (как аэрозольные, так и газовые) в период температурных инверсий (см. подраздел 5.1.6) вызывают смоги двух видов. Первый или Лондонский смог возникает из-за загрязненности воздуха копотью или дымом, содержащим SO; (в РФ часто наблюдается в Нижнем Тагиле. Кемерове и др.), а второй или Лос-Анжелессний смог - при загрязнении воздуха выхлопными газани автотранспорта (часто наблюдается в южных городах с интенсивным движением автомобилей). Лондонский смог (смесь дыма
и тумана) в 1952 г. за 4 дня погубил более 4 тыс. чел. Его главным токсическим компонентой стал содержанием 5...10 мг/м и более; новых вредных веществ в нем не образуется. Лос-Анджелесский смог или фотохимический смог возникает при более низких концентрациях загрязнителей и низкой влажности воздуха; образует новые вещества (фотооксиданты, озон и др.), значительно превосходящие исходные по своей токсичности, и желто-зеленую или голубоватую дымку летом и ранней осенью. Он вызывает у людей раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, губит листву на деревьях, а также усиливает коррозии металлов, приводит к растрескиванию резины и т.д.
В России за период с 1991 по 1995 годы в атмосферном воздухе городов и промцентров среднегодовые и средние из максимальных концентраций 3В (взвешенные вещества, и др. существенно уменьшились, что обусловлено значительным спадом производства, а концентрации СО и
возросли в связи с ростом парка автомобилей. В 1995 г. среднегодовые концентрации в воздухе выше ПДК имели место в 204 (в 1994 г. - 208) городах с населением около 63 млн.чел. (42% населения РФ). При этом случаи превышения максимальных концентраций 5ПДК отмечены в 126 городах и 10ПДК в 80 городах, а превышение 10ПДК по трек и более 3В - в 12 городах. Приоритетный список городов РФ, где наблюдается наибольший уровень загрязнения атмосферного воздуха, включает 45 городов (Архангельск. Братск, Екатеринбург, Москва, Норильск. Саратов и др.), из них в 23 городах (Братск, Уфа, Екатеринбург, Кемерово, Чита и др.) это наблюдается более 3 лет. Характерной особенностью загрязнений в этих городах являются высокие концентрации специфических 3В – бенз(а)пирена, формальдегида, сероводорода, бензола и др.
В 1995 г. произошло 34 аварии на химически опасных объектах, сопровождающиеся залповым выбросом СДЯВ; из них 50% на предприятиях Роскомхимнефтепрома, 35,3% - Минтопэнерго РФ и 14,7%. - других отраслей. Экстремально высокими уровнями загрязнения атмосферного воздуха они сопровождались в городах Курган, Волжский и Тамбов, а также на ст. Зуевка Горьковской железной дороги.
В 1995 г. выбросы 3В в атмосферу по РФ от стационарных ИЗА составили 21,3 млн.т (в 1994 г. - 31,8 млн.т), из них 85,3% приходится на промышленность. Наибольшее загрязнение атмосферы (по объему выбросов) происходит в результате деятельности предприятий энергетики (27,7% от общего выброса промышленностью РФ), цветной (20,4%) и черной (15,1%) металлургии, добычи (7.8%) и переработки (5,0%) нефти, машиностроения (4,0%), газовой промышленности (3.9%) и промстройматериалов (3,7%). На территории РФ выпало 4,3...4.б млн.т серы, 1,3...1,4 млн.т окисленного и 2,0...2,8 млн.т аммонийного азота. Плотность выпаданий окисленной среды в крупных индустриальных регионах РФ (Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном и Уральском) достигает 750 кг/км^2 в год, а нитратного и аммонийного азота 720 кг/км2. В итоге кислотность осадков в этих регионах доходит до рН = 3,1.
Среднегодовая концентрация пыли в воздухе г. Тверь равна 0,7ПДК, 0,2ПДК, СО – 0,ЗПДК,
- 0,25ПДК, а сероуглерода – 2,4ПДК (газета "TЖ" от 09.02.95 г.). Уровень такого загрязнения определяется деятельностью предприятий энергетики (40%), химии (около 20%) и машиностроения (10%). Крупнейшими загрязнителями атмосферы в Тверской области являются предприятия энергетики (51% областного выброса от стационарных ИЗА, в том числе от Конаковской ГРЭС - 32% и Тверских ТЭЦ - 9,5%), машиностроения, деревообрабатываищей и легкой промышленности (суммарно до 20%), а также автотранспорт.
На суммарную заболеваемость населения РФ (30...40% по всем экологическим факторам) влияет загрязнение атмосферного воздуха. В частности, заболевает 37% детей и 10% взрослых; ими вызвано 41% заболеваний органов дыхания, 16% - эндокринной системы, 2,5% - онкологических заболеваний у лиц возраста 30-34 года и 11% у лиц 55-59 лет. При этом частота заболеваний раком у лиц старше 40 лет (группа риска) повышена на 12...20% при концентрации бенз(а)пирена 2-4ПДК по сравнении с городами, в которых концентрации бенз(а)пирена ниже 2ПДК; а при превышении 4ПДК - на 22...24%. Также установлено, что примышленная пыль, и
способны вызывать онкологические заболевания, когда концентрации любого из них превышают ПДК более чем в 2 раза. Вклад широко распространенных 3В (пыль, СО,
и
) в атмосферном воздухе в частоту обострении хронического бронхита превосходит вклад специфических 3В (органических соединений, металлов) в 1,6 раза, тогда как вклад последних в частоту эндокринных заболеваний в 1,5 раза выше.
Экономический ущерб от загрязнений атмосферы может достигать значительных сумм. Так, в США он ежегодно составляет 16 млрд. долларов или 80 долларов на одного жителя. При этом из-за заболеваемости и смертности людей ущерб достигает 6 млрд. долларов, а из-за коррозии и разрушения металлов, гибели растений и снижения урожайности в сельском хозяйстве - 4,9 млрд. долларов в год. По РФ такой статистики пока нет.