Гигиена атмосферы. загрязнение атмосферы и его последствия

ГИГИЕНА АТМОСФЕРЫ. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ

Ионизация воздуха

Под ионизацией воздуха понимают распад газовых молекул и атомов под влиянием ионизаторов. При ионизации внешние силы действуют на атом так, что происходит отщепление электрона, в результате чего образуется положительный ион. Электрон присоединяется к другой молекуле и образуется отрицательный ион. Так образуется пара противоположно заряженных первичных отрицательных и положительных атмосферных ионов, различающихся подвижностью. Среди аэроионов наибольшей химической активностью обладают: О⁺³, О²⁺, СО⁺, NO². Число ионов, образующихся в 1 мл газа в единицу времени, называется интенсивностью ионизации. Различают естественную и искусственную аэроионизацию.

Основные источники естественной ионизации:

- Ионизирующая радиация радиоактивных пород земли и космическое излучение;

- Ультрафиолетовая радиация с длинной волны до 200 нм, ионизирующее действие которого проявляется главным образом на высоте 50-60 км.;

- Открытое пламя и нагретые поверхности (термоионизация);

- Электрические разряды (например, молнии), так называемые тихие электрические разряды у крон высоких деревьев и на вершинах гор, возникающие при больших значениях напряженности электрического поля атмосферы;

- Распыление и разбрызгивание воды (водопады, горные реки, фонтаны во время прибоев у побережья морей и океанов и др.) ;

- Процессы дробления веществ;

Искусственная ионизация производится с помощью специальных ионизаторов воздуха

К вновь образованным ионам присоединяются газовые молекулы, создавая более стойкие ионы с положительным или отрицательным зарядом. Это так называемые легкие аэроионы (отдельные атомы, молекулы или группы атомов числом не более 15). Скорость их передвижения составляет 1-2 см/с, время существования - 1-2 мин. Они быстро рекомбинируются. Легкие аэроионы могут присоединять к себе взвешенные пылевые частицы, микробные тела, превращаясь в средние, тяжелые и сверхтяжелые ионы. Тяжелые ионы менее подвижны, их скорость не превышает 0,0005 см/с, они прочно удерживают заряд.

Наряду с образованием ионов в атмосфере происходят процессы их уничтожения в результате соединения ионов противоположного заряда. Таким образом, имеет место постоянный процесс ионообразования и ионоуничтожения и устанавливается определенное ионизационное равновесие.

Для процессов образования и рекомбинации ионов в свободной атмосфере важное значение имеют метеорологические условия – атмосферное давление, температура и влажность воздуха, облачность, ветры, грозы, дожди. С увеличением влажности воздуха нарастает число тяжелых ионов из-за рекомбинации ионов с каплями влаги. Понижение атмосферного давления способствует выходу из почвы эманации радия, что приводит к увеличению количества легких ионов.

Для гигиенической характеристики ионизации воздуха используются следующие показатели:

- Содержание и масса ионов различных знаков - чистый атмосферный воздух обычно содержит 1000 - 3000 пар легких ионов в 1 см³ .

- Коэффициент униполярностей - отношение количества положительных ионов к количеству отрицательных ионов. В норме он составляет 1.2 - 1.3. (n+/n^–)

- Коэффициент загрязнения - отношение суммарного количества тяжелых аэроионов к легким аэроионам одного и того же знака (N/n), Чем более загрязнен воздух, тем выше этот коэффициент. В норме не он превышает 50.

Физиологический механизм действия ионизации воздуха заключается в электрообмене в легочной ткани и нейрорефлекторных реакциях на аэроионное раздражение рецепторов слизистых оболочек и кожи.

Благоприятное влияние на организм оказывают, как правило, легкие аэроионы отрицательного знака и поэтому применяются с профилактическими и лечебными целями. Они повышают активность мерцательного эпителия трахеи, легочную вентиляцию, увеличивают потребление кислорода и выделение углекислоты, стимулируют дыхательные ферменты, усиливают окислительно-восстановительные процессы в тканях. Действие отрицательных аэроионов изменяет функциональное состояние ЦНС, повышает рефлекторную возбудимость нервных клеток и мышц, усиливает процессы торможения в коре большого мозга. Отрицательные аэроионы улучшают общее самочувствие, нормализуют сон, повышают умственную и физическую работоспособность. Отмечено стимулирующее действие отрицательных ионов на белковый, углеводный, водный обмен, синтез витаминов.

Положительные аэроионы оказывают на организм противоположное отрицательным ионам действие, и их значение в терапии нуждается в дальнейшем изучении.

Также, важное значение имеет соотношение легких и тяжелых аэроионов. Легкие ионы оказывают благоприятное действие на человека, особенно, при бронхиальной астме, аллергиях и др. У поверхности земли в обычных условиях содержится около 450-500 пар легких ионов в 1 см3. Однако имеются местности, где в силу особых географических условий число легких аэроионов значительно выше. Такие местности и пытаются использовать с лечебными целями. Тяжелые ионывызывают усталость, повышение давления, головные боли, могут быть причиной различных патологических состояний. ).

Т.о. высокая степень ионизации за счет увеличения количества легких отрицательных аэроионов благоприятно воздействует на самочувствие людей, повышает их работоспособность. Преобладание числа тяжелых положительных аэроионов, характерное для душных, запыленных помещений, вызывает сонливость, головную боль, снижение умственной работоспособности.

Создать повышенную концентрацию аэроионов (в помещении) можно искусственно с помощью специальных устройств, называемых аэроионизаторами. Широкое использование таких приборов на практике сдерживается отсутствием эффективных и простых методов контроля за ионизацией воздуха.

Легкие ионы являются показателями санитарного благополучия воздушной среды. При загрязнении воздуха увеличивается количество тяжелых ионов и уменьшается число легких. В воздухе городов содержание легких ионов снижается до 200-400. В то же время количество легких ионов в горах может достигать 400-500 тысяч. Ситуация, когда происходит ионизация загрязненного воздуха, опасна, т.к. ионизированные токсические вещества лучше задерживаются в дыхательных путях и хуже выводятся. Таким образом, в помещениях с загрязненным воздухом нельзя рекомендовать ионизацию воздуха. Количество легких ионов уменьшается с ухудшением микроклиматических условий в помещениях и повышением содержания углекислоты в воздухе. Легкие ионы поглощаются в процессе дыхания, адсорбируются кожей, одеждой. С дыханием в воздухе помещений выделяется много тяжелых ионов.

Существует метод лечебно-профилактического воздействия на организм ионизированным воздухом - аэроионотерапия .

И здоровье населения.

Изменения химического состава и физических свойств атмосферного воздуха приводят к различным негативным последствиям в объектах окружающей среды и к нарушению здоровья людей.

Кислотные дожди. При производстве электроэнергии более 90 % выбросов диоксида серы образуется в результате работы тепловых электростанций. Образующаяся при сжигании угля и нефти двуокись серы, поступая в атмосферный воздух, окисляется кислородом воздуха до трехокиси, которая реагирует с водяными парами, образуя сернистую кислоту, которая, в свою очередь, окисляясь, превращается в серную кислоту.

Окислы азота содержатся в выхлопных газах автотранспорта и в выбросах предприятий химической промышленности. Значительную роль играют и природные источники окислов азота — грозовые разряды и молнии, почвенные микроорганизмы, микрофлора пресных и океанических вод. Окислы азота реагируют с водяными парами и образуют азотную кислоту. Образовавшиеся в атмосферном воздухе серная и азотная кислоты вымываются из воздуха дождем и снегом и при водят к загрязнению всех объектов окружающей среды. Многочисленными исследованиями было показано, что содержание кислот в таких осадках в сотни и тысячи раз превышает их естественные природные концентрации. Дождевая вода, образующаяся при конденсации водяного пара, должна иметь нейтральную реакцию (рН 7,0). Вобрав же кислоты, образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь становится заметно кислым (рН 6,0—4,0). По содержанию кислот современные дожди в ряде случаев соответствуют кислотности сухого вина, а часто и столового уксуса.

Загрязнение кислотными дождями воды водоемов влечет за собой глубокие химические и биологические перестройки водных систем. Так, при снижении pH водных объектов до 6,0 —6,5 погибают улитки, моллюски, ракообразные, гибнет икра земноводных. При pH 5,0 — 6,0 гибнут сиговые рыбы, форель, хариус, лосось, окунь, щука и другие виды рыб, а также отмирает планктон и насекомые.

Кислотные дожди опасны и вредны для человека и окружающей среды еще по целому ряду причин. Известно, что ртуть, содержащаяся в природных водоемах, под влиянием кислой среды может превратиться в ядовитую монометиловую ртуть. Рыба, накапливая в своих тканях это токсичное соединение ртути, может стать причиной отравления людей. При заборе питьевой воды с повышенной кислотностью токсические вещества из материалов труб и других сооружений водопровода, контактирующих с такой водой, могут растворяться в ней и негативно влиять на здоровье июлей.

Парниковый эффект. Такие газы, как углекислый газ, метан, оксиды азота, озон, фреоны, пропуская солнечные лучи через атмосферу, препятствуют обратному длинноволновому тепловому излучению с земной поверхности. Повышенная концентрация этих газов в атмосфере значительно уменьшает утечку тепла от приземных слоев атмосферы и приводит к так называемому «парниковому» эффекту. Известно, что доля углекислого газа антропогенного происхождения в настоящее время увеличилась в атмосфере на 20—40 %.

За последнее столетие температура на Земле повысилась на 0,6 °С. Наибольший рост температуры произошел в последние 25 лет, В настоящее время скорость роста температуры на Земле примерно в 10 раз больше, чем за период с 1850 по 1960 гг.

При современных антропогенных нагрузках каждые 10 лет температура будет повышаться на 0,5 °С, что повысит уровень Мирового океана из-за таяния снегов и льдов на 1—1,2 м за каждые 10 лет. Имеются расчеты о том, что подъем уровня Мирового океана на 6 м приведет к затоплению суши Земли. В наибольшей степени это угрожает прибрежным районам и островным государствам (Великобритания, Япония и др.). Повышение средней глобальной температуры на 1,5—4,5 °С приведет к перераспределению осадков на Земле, увеличится количество опустыненных земель, так как почвенная влага будет испаряться сильнее, растает вечная мерзлота.

Человечество предлагает следующие пути предотвращения дальнейшего развития парникового эффекта:

- введение экологического налога (богатые страны должны платить больше, но этот путь, как показала практика, очень трудно реализовать);

- посадка тропических лесов в Бразилии, где они нещадно вырубаются (известно, что зеленые растения являются мощными потребителями углекислоты);

- разработка различных технологий по утилизации углекислоты из атмосферы (такие новые технологии уже имеются в нашей стране).

Озоновые дыры.Под «озоновыми дырами» понимают уменьшение количества озона в атмосферном воздухе над ограниченными территориями Земли, основная функция которого состоит в охране человека и природной среды Земли от воздействия жесткого космического излучения (коротковолнового ультрафиолета). Известно, что каждый потерянный процент озона в масштабе планеты вызывает 150 тыс. случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 % увеличивается количество раковых заболеваний кожи, подавляется иммунная система организма.

Основные механизмы разрушения озона:

- фотолиз озона с образованием молекулярного (0₂) и атомарного (О) кислорода;

- соединение молекулы озона с атомом кислорода с образованием двух молекул кислорода;

- разрушение озона с участием химических примесей, выполняющих роль катализаторов (соединения хлора, фреоны и продукты их разрушения);

- разрушение озона при взаимодействии с аэрозолями, поступающими в стратосферу в результате выброса газов и пыли при мощных извержениях вулканов, в результате загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий, транспорта.

- активное участие в разрушении озона принимают также заряженные частицы — ионы, имеющиеся в тропо- и стратосфере. Ионы в атмосфере возникают под воздействием высокоэнергичных космических или солнечных частиц;

- к числу веществ, разрушающих озон атмосферы, относятся продукты неполного сгорания органического топлива сверхзвуковых самолетов и космических аппаратов. За счет них разрушается до 10 % озонового слоя атмосферы.

Токсические туманы.Они возникают при высоком уровне загрязненности атмосферы и неблагоприятной для ее самоочищения погоде (антициклональная погода с туманом и безветрие, а также температурная инверсия).

Как известно, в обычных условиях температура воздуха понижается по мере удаления от поверхности Земли. Однако периодически возникают такие состояния атмосферного воздуха, которые называются температурной инверсией («перевертывание»), при которой нижние слои воздуха становятся более холодными, чем верхние слои. Поэтому загрязнения атмосферы не могут подниматься вверх и остаются в приземном слое воздуха, где концентрации этих загрязнений резко возрастают. Наиболее высокие концентрации наблюдаются при сильных морозах в период зимних инверсий. Они возникают в результате сильного охлаждения земной поверхности и приземных слоев воздуха.

Нередки и ночные инверсии вследствие охлаждения земли, чему способствует ясное небо и сухой воздух (высокая влажность и облачность препятствуют инверсии). Ночные инверсии достигают максимума в ранние утренние часы. Инверсии образуются в долинах гор, так как с гор спускается холодный воздух и подтекает под теплый.

Различают два типа токсических туманов: смог лос-анджелесского типа (фотохимический туман) и смог лондонского типа.

Фотохимический туман впервые наблюдался в Лос-Анджелесе, а теперь возникает во многих городах различных стран. Первичной реакцией является разложение диоксида азота под действием УФ-излучения солнечной радиации (с длиной волн 400 нм) на оксид азота и атомарный кислород.

N0₂ ->N0 + 0

Эта реакция приводит к образованию озона. Последний реагирует с углеводородами и образует комплекс соединений, названных фотооксидантами (органические перекиси, свободные радикалы, альдегиды, кетоны). Накапливаясь при соответствующей погоде (ясная, безветрие) в атмосферном воздухе озон и другие фотооксиданты вызывают сильное раздражение слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей. О концентрации фотооксидантов в воздухе судят по содержанию озона. Считают, что 0,5- 0,6 мг/м³ озона вызывает сильный фотохимический туман. Максимально при фотохимическом тумане обнаруживалось 1,2 мг/м³озона.

Смог лондонского типа наблюдается при пасмурной, туманной погоде, способствующей возрастанию концентрации сернистого газа и трансформации его в еще более токсичный аэрозоль серной кислоты.

При действии смогов на население отмечается раздражение слизистых оболочек глаз (резь в глазах, слезотечение), верхних дыхательных путей (мучительный кашель). У части пострадавших от смога людей наблюдается одышка, общая слабость, иногда - чувство удушья. Тяжело переносят смог лица, страдающие бронхиальной астмой, декомпенсированными формами заболеваний сердца, хроническим бронхитом и т.п.

Статистический анализ показал, что в дни смога возрастает обращаемость населения за медицинской помощью, а также смертность от хронических заболеваний сердечно-сосудистой системы и органов дыхания.

Вредное воздействие атмосферных загрязнений на здоровье людей по времени проявления эффекта можно разделить на две основные группы:

1) острое действие - эффект наступает непосредственно за периодом возрастания концентраций атмосферных загрязнений до критических величин. Проявляется только в особых ситуациях (например, при авариях на промышленных предприятиях или в случае токсических туманов) и является провоцирующим фактором обострения хронических сердечно-сосудистых, легочных, аллергических (бронхиальная астма) заболеваний и повышения общей заболеваемости и смертности от хронических болезней.

2) хроническое действие - является результатом длительного влияния атмосферных загрязнений малой интенсивности. Оно встречается значительно чаше, чем острое и может быть разделено на две подгруппы:

- хроническое специфическое действие - вызывается такими загрязнителями воздуха, как фтор, бериллий, соединениями свинца, мышьяка, золы и многими др. Так, зарегистрированы многочисленные случаи флюороза среди детского населения, в связи с загрязнением воздуха соединениями фтора в районах размещения алюминиевой промышленности. Особую роль играют примеси в атмосферном воздухе, вызывающие отдаленные последствия. К ним относятся вещества, обладающие канцерогенным, эмбриотропным, тератогенным, гонадотоксическим и мутагенным действием.

- хроническое неспецифическое действие - выражается в ослаблении иммунозащитных сил, ухудшении физического развития детей, увеличении общей заболеваемости.

Наконец, ряд веществ, содержащихся в воздухе, например озон, обладает так называемым радиомиметическим действием, сходным с действием ионизирующих излучений.

Твердые и жидкие частицы, содержащиеся в атмосферном воздухе, приводят к значительному загрязнению оконных стекол, снижая освещенность внутри помещений, а также влияют на микроклимат и световой климат городов.