Загрязнение атмосферы и его последствия

Загрязнителем может быть любой физический агент, хи­мическое вещество или биологический вид (в основном микро­организмы), попадающие в окружающую среду или образующи­еся в ней в количестве выше естественных. Под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе газов, паров, ча­стиц, твердых и жидких веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияют на человека, животных, расте­ния, климат, материалы, здания и сооружения.

По происхождению загрязнения делят на природные, вызванные естественными, часто аномальными процессами в природе, и антропогенные, связанные с деятельностью че­ловека.

С развитием производственной деятельности человека все большая доля в загрязнении атмосферы приходится на антропо­генные загрязнения. Их подразделяют на локальные и глобаль­ные. Локальные загрязнения связаны с городами и промышлен­ными регионами. Глобальные загрязнения влияют на биосфер­ные процессы в целом на Земле и распространяются на огромные расстояния. Так как воздух находится в постоянном движении, вредные вещества переносятся на сотни и тысячи километров. Глобальное загрязнение атмосферы усиливается в связи с тем, что вредные вещества из неё выпадают на почву, в водоемы, а затем снова поступают в атмосферу.

Загрязнители атмосферы разделяют на механические, физические и биологические. Основные вредные приме­си атмосферы и их источники приведены в таблице 1.

Механические загрязнения — пыль, фосфаты, свинец, ртуть. Они образуются при сжигании органического топлива и в про­цессе производства строительных материалов.

К физическим загрязнениям относятся: тепловые (поступле­ние в атмосферу нагретых газов); световые (ухудшение есте­ственной освещённости местности под воздействием искусствен­ных источников света); шумовые (как следствие антропогенных

таблица 1

Загрязнения атмосферы и их источники

Загрязнения	Основные источники	Среднегодовая концентрация в воздухе, мг/м3Я
	естественные	антропогенные
Твердые части­цы (зола, пыль и др.)	Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары и пр.	Сжигание топлива в про­мышленных и бытовых уста­новках, про­мышленность строительных материалов	В городах 0,04- 0,4
SO2	Вулканические извержения, окисление серы и сульфатов, рассеянных в море	Тоже	В городах до 1,0
NO,	Лесные пожары	Промышлен­ность, авто­транспорт, теплоэлектро­станции	В районах с развитой промышленностью до 0,2
СО	Лесные пожа­ры, выделение океанов, окисле­ние терпенов	Автотранспорт, промышленные энергоуста­новки, черная металлургия	В городах от 1,0 до 50
Летучие угле­водороды, галогеноуглеро-ды (фреоны)	Лесные пожа­ры, природный метан, природ­ные терпены	Автотранспорт, дожигание отходов, ис­парение неф­тепродуктов, холодильная техника	В районах с развитой про­мышленностью до 3,0
Полицикличес­кие, аромати­ческие, углево­дороды		Автотранспорт, химические заводы, неф­теперераба­тывающие заводы	В районах с развитой про- мышленностью до 0,01

шумов); электромагнитные (от линий электропередач, радиотелевидения, работы промышленных установок); радиоактивные, связанные с повышением уровня поступления радиоактивных веществ в атмосферу.

Биологические загрязнения, в основном, являются следстви­ем размножения микроорганизмов и антропогенной деятельно­сти (теплоэнергетика, промышленность, транспорт, действия вооруженных сил). Производство строительных материалов да­ет до 10% всех загрязнений. Большое количество загрязнений поступает в атмосферу при работе цементной промышленности, при добыче и обработке асбеста.

Самыми распространенными токсичными веществами, за­грязняющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы S₂, оксид азота О_х, углеводороды СН и пыль.

Количество ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ приведено в табл. 2.

Таблица 2

Количество ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ

	Выбросы, млн. т	Доля антропоген-
		ных примесей от
Вещество			общих поступле-
	естественные	антропогенные	ний, %
Твердые частицы
СО			5,7
СиНн			3,3
NOX			6,5
S02			13,3
С02	485 000	~22 000	4,5

Из таблицы 2 следует, что одним из основных по массе за­грязнителей атмосферы является углекислый газ. В XX веке на­блюдается рост концентрации СО2 в атмосфере, доля которого с начала века увеличилась почти на 25%, а за последние 10 лет — на 13%.

Выброс СО2 в окружающую среду неразрывно связан с по­треблением и производством энергии, что видно из рис. 6.

Рис.6. Потребление энергии и выбросы СО₂. белый — Мировое потребление энергии, штриховка — Выбросы СО₂, млрд.т.

Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная с повышением температуры вследствие так называемого парникового эффекта. Сущность этого явления заключается в том, что ультрафиолетовое солнечное излучение достаточно свободно проходит через атмосферу повышенным содержанием СО2 и метана СН₄. Отражающиеся от поверхности инфракрасные лучи задерживаются атмосферой с повышенным содержанием СО2, что приводит к повышении температуры, а, следовательно, и к изменению климата. Анализ данных наблюдений за последние 100 лет свидетельствует, что самыми тяжелыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. Северном полушарии поверхностная температура в настоящее время на 0,4°С выше, чем в 1950-1980 гг. В будущем предпо­лагается дальнейший рост температуры: в среднем на 1,3°С 2000 г., на 2-4°С к 2050 г., что видно из рис. 7. Поэтому за счёт таяния ледников и полярных льдов в ближайшие 25 лет ожидается повышение уровня Мирового океана на 10 см.

Рис. 7. Глобальная тенденция роста среднегодовой температуры в 1950-2000 гг.

Наиболее часто загрязняющие вещества проникают в орга­низм через органы дыхания. Суточный объем вдыхаемого воз­духа для одного человека составляет 6-12 м³. При нормальном дыхании с каждым вдохом в организм человека поступает от 0,5 до 2 л воздуха.

Вдыхаемый воздух через трахею и бронхи попадает в альве­олы легких, где происходит газообмен между кровью и лимфой. В зависимости от размеров и свойств загрязняющих веществ их поглощение происходит по-разному.

Грубые частицы задерживаются в верхних дыхательных пу­тях и, если они не токсичны, могут вызвать заболевание, ко­торое называется полевой бронхит. Тонкие частицы пыли (0,5-5 мкм) достигают альвеол и могут привести к профессиональ­ному заболеванию, которое носит общее название пневмокониоз. Его разновидности: силикоз (вдыхание пыли, содержащей Si0₂), антракор (вдыхание угольной пыли), асбестоз (вдыхание пыли асбеста) и др.

Человек может долго жить без пищи (30-45 суток), без во­ды — 5 суток, без воздуха только — 5 минут. Вредные воздей­ствия разнообразных и пылевидных промышленных выбросов на человека определяются количеством загрязняющих веществ, поступающих в организм, их состоянием, составом и временем воздействия. Атмосферные загрязнения могут оказывать на здоровье человека малое влияние, а могут привести к полной интоксикации организма.

Разрушительное воздействие промышленных загрязнений зависит от вида вещества. Хлор наносит урон органам зрения. и дыхания. Фториды, попадая в организм человека через пищеварительный тракт, вымывают кальций из костей и снижаю содержание его в крови. При вдыхании фториды отрицательно воздействуют на дыхательные пути. Гидросульфид поражает роговицу глаз и органы дыхания, вызывает головные боли. При высоких концентрациях возможен летальный исход. Дисульфид углерода является ядом нервного действия, что может вызвать психическое расстройство. Острая форма отравления приводит к наркотической потере сознания. Опасны для вдыхания пар или соединения тяжелых металлов. Вредны для здоровья соединения бериллия. Диоксид серы поражает дыхательные пути. Оксид углерода препятствует переносу кислорода, отчего наступает кислородное голодание организма. Продолжительное вдыхание оксида углерода может оказаться смертельным для человека.

Наиболее опасны в малых концентрациях в атмосфере альдегиды и кетоны. Альдегиды оказывают раздражающее воздействие на органы зрения и обоняния, являются наркотиками, разрушающими нервную систему. Нервную систему поражают так же фенольные соединения и органические сульфиды.

Наличие пыли в атмосфере, помимо вышеуказанных отрицательных последствий, уменьшает поступление к поверхности Земли ультрафиолетовых лучей. Наиболее сильно влияние загрязнений на здоровье человека проявляется в период смогов. В это время ухудшается самочувствие людей, резко возрастав число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.

Загрязнения атмосферы вредно сказываются и на растениях Разные газы оказывают различное влияние на растения, причем восприимчивость растений к одним и тем же газам неодинаков Наиболее вредны для них сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота.

Загрязняющие атмосферу вещества отрицательно влияют на сельскохозяйственные растения как за счет, непосредственно,

отравления зеленой массы, так и интоксикации почвы.

Загрязнение атмосферы промышленными выбросами суще­ственно усиливает эффект коррозии. Кислотные газы способ­ствуют коррозии стальных конструкций и материалов. Диоксид серы, оксиды азота, гидрохлорид при соединении с водой образу­ют кислоты, усиливая химическую и электрохимическую корро­зию, разрушают органические материалы (резину, пластмассы, красители). На стальные конструкции отрицательно действуют озон и хлор. Даже незначительное содержание нитратов в атмо­сфере вызывает коррозию меди и латуни. Аналогично действу­ют и кислотные дожди: снижают плодородие почв, отрицатель­но воздействуют на флору и фауну, сокращаются сроки службы электрохимических покрытий, особенно хромоникелевых красок, снижается надежность работы машин и механизмов, под угрозой находятся более 100 тыс. образцов цветного стекла.

Одной из наиболее серьезных проблем, связанных с загряз­нением атмосферы, является возможное изменение климата от воздействия антропогенных факторов, которые вызывают:

— непосредственное воздействие на состояние атмосферы,
связанное с повышением или понижением температуры и влаж­ности воздуха;

изменение физических и химических свойств атмосферы,
её радиационных и электрических характеристик, изменение со­
става тропосферы (увеличение концентрации диоксида углеро­да, оксидов азота, хлорфторуглеродов, метана, озона, криптона,
пылевых аэрозолей);

изменение состояния и свойств верхних слоев атмосферы,
озонового экрана под действием фреонов и оксидов азота, а также
появление аэрозоля в стратосфере (извержение вулканов);

изменение отражательной способности Земли, влияющее
на взаимодействие элементов климатической системы (газооб­мен между океаном и атмосферой, изменение влажности атмо­сферы).

Любые колебания климата влияют на состояние и жизне­деятельность человека. При изменении температуры воздуха и осадков изменяются распределения водных ресурсов, условия развития человеческого организма.

Изменение климата оказывает влияние на сельское хозяй­ство. При потеплении увеличивается продолжительность веге­тационного сезона (на 10 дней на каждый °С повышения температуры).

Повышение концентрации диоксида углерода ведёт к повышению урожайности.

К антропогенным процессам относятся разрушения озонного экрана, которые вызываются:

работой холодильников на фреоне и аэрозольных установках;

выделением NО2 в результате разложения минеральных удобрений;

полетами самолетов на большой высоте и запуски ракетоносителей спутников (выброс оксидов азота и паров воды);

ядерными взрывами (образования оксидов азота);

процессами, способствующими проникновению в стратосферу соединений хлора антропогенного происхождения, а также метилхлороформа, четыреххлористого углерода, хлористого метила.

По оценкам ученых, в настоящее время содержание озона уменьшается ежегодно примерно на 0,1%. Если выброс фреона будет продолжаться на уровне 1975 г., то уменьшение содержания озона через 100 лет может составить 11-16%, а через 5(! лет — 5-8%. В ближайшие годы антропогенное воздействие на атмосферу мало повлияет на содержание озона, но приведет 1 заметному перераспределению его по высоте. Это существенно может изменить климат и вызвать другие негативные послед­ствия.

В результате антропогенной деятельности в верхних слоях атмосферы (ионосфере) появляются зоны с пониженной электронной концентрацией (ионосферные дыры). Это происходит вследствие накопления диффузии различных веществ при запуске мощных ракет, под влиянием электромагнитных излучений мощных передающих устройств. Вред приносят выбросы воды и водосодержащих соединений при запуске ракет. В связи с этим состояние ионосферы может существенно измениться, ухудшится способность передачи радиосигналов на большие расстояния.

Антропогенное воздействие на атмосферу приводит к ионизации воздуха, определяющей электрические свойства атмосферы. Изменение электрических свойств атмосферы более чем на 10% приведет к нежелательным эффектам и усугублению проблем электротравматизма.

Развитие техники сопровождается ростом числа и мощности источников ионизирующего излучения, к которым относятся АЭС, предприятия, добывающие и перерабатывающие ядерное топливо, хранилища отходов, научно-исследовательские инсти­туты, испытательные полигоны.

Дозы облучения вокруг предприятий по переработке ядерно­го топлива на расстоянии до 200 км колеблются от 0,1 до 65% от естественного фона излучения. При несоблюдении нормативных требований и правил радиационной безопасности уровни иони­зирующего воздействия резко возрастают.

Наибольшую опасность представляют аварийные режимы работы указанных объектов и ядерные испытания. За время существования атомной энергетики на 370 ядерных реакторах произошло более 150 аварий с утечкой радиоактивных веществ. Авария на 4 блоке Чернобыльской АЭС в первые дни привела к повышению уровня радиации над естественным фоном в 1000-1500 раз в зоне около АЭС и в 10-20 раз в радиусе 200-250 км. При авариях все продукты ядерного деления высвобождаются в виде аэрозолей (за исключением редких газов и йода) и распро­страняются в атмосфере в зависимости от силы и направления ветра. Размеры облака в поперечнике могут изменяться от 30 до 300 м, а размеры зон загрязнения могут иметь радиус до 180 км при мощности реактора 100 МВт.

Развитие атомной энергетики сопровождается ростом ра­диоактивных отходов, образующихся при добыче и переработке ядерного топлива. Активность этих отходов нарастает с каждым годом, к 2000 г. составит 1,11-Ю²² Бк и представляет серьёзную опасность для окружающей среды.