Химический состав атмосферного воздуха и его гигиеническое значение. Загрязнение и охрана атмосферного воздуха как экологическая проблема в условиях научно-технического прогресса.

Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, содержащих химические, механические и бактериологические примеси. Основными компонентами в этой смеси являются: кислород, углекислый газ, азот, а также инертные газы: аргон, гелий, неон, радон, криптон, ксенон, радон, актинон, торон. В атмосферном воздухе присутствуют небольшие количества озона, закиси азота, йода, метана, водяных паров.

Химические, механические и бактериологические примеси имеют природное и антропогенное (т.е. возникающее в процессе жизнедеятельности человека) происхождение.

Кислород. Его содержание в атмосферном воздухе – 20,95%. Он является наиболее важной для жизни составляющей, т.к. обеспечивает окислительные процессы в организме, дыхание. В организме кислород находится в связанном состоянии – в виде оксигемоглобина. Кроме того, кислород поддерживает горение.

Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза растений. В результате интенсивного перемешивания воздушных масс на поверхности земли концентрация кислорода в различных регионах остается практически постоянной и колеблется в пределах десятых долей процента. Однако большее значение имеет изменение парциального давления кислорода в атмосферном воздухе, т.к. именно оно обеспечивает переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь. Критический уровень парциального давления кислорода – 110 ммрт.ст. Снижение парциального давления кислорода до 50 – 60 ммрт.ст. несовместимо с жизнью. Повышение этого критерия более 600 ммрт.ст. ведет к уменьшению жизненной емкости легких, развитию отека легких и пневмонии.

Снижение парциального давления кислорода наблюдается при подъеме на высоту, повышении температуры воздуха до 35 - 40°С и большой влажности.

В экспериментах на животных установлено, что кислород в чистом виде, особенно при повышенном давлении, оказывает токсическим действием.

Углекислый газ. Содержание его в атмосферном воздухе всего 0,03%.

В природе находится в свободном и связанном состоянии. Свободный диоксид углерода растворен в воде морей и океанов (70%), связанный – это известняк, доломиты, каменный уголь, нефть, гумус. Углекислый газ выделяется в атмосферу в результате дыхания человека и животных, гние-ния, брожения, с поверхности морей и океанов, с вулканическими газами, при промышленном обжиге известняков и доломитов. Из воздуха углекислый газ активно поглощается растениями в процессе фотосинтеза, вымывается с осадками.

Главной биологической функцией этого компонента атмосферного воздуха является физиологическое возбуждение дыхательного центра. В организме он находится в связанном состоянии в плазме и эритроцитах в виде двууглекислых солей натрия. Парциальное давление углекислого газа в крови регулируется кислотно-щелочным равновесием. Чем больше концентрация углекислого газа во вдыхаемом воздухе, тем меньше его выделяется. При этом может развиться тканевая аноксия. При увеличении содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе до 3 – 4% отмечаются симптомы интоксикации, при 8 % может наступить смерть.

Азот. Удельный вес азота в атмосферном воздухе максимален – 78,08%.

Азот инертен, не поддерживает дыхания и горения. Однако он является разбавителем кислорода. При увеличении концентрации азота во вдыхаемом воздухе снижается парциальное давление кислорода, в результате чего развивается гипоксия и асфиксия. При увеличении концентрации азота до 93% наступает смерть, при повышенном давлении проявляются его наркотические свойства. Азот играет решающую роль в патогенезе кесонной болезни.

Остальные инертные газы растворяются в жидкостях организма в зависимости от парциального давления, их количество в органах и тканях организма ничтожно. Особое место среди них занимают продукты распада радиоактивных элементов – радон, актинон и торон, определяющие естественную радиоактивность атмосферы, опасные для организма.

В процессе жизнедеятельности человек загрязняет атмосферный воз-дух. Под загрязнением атмосферного воздуха понимают любое изменение его состава и свойств, оказывающее негативное влияние на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным). Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся: вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др. Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы: местное, региональное, глобальное.

Местное загрязнение характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона). При региональном загрязнении в сферу негативного влияния вовлекаются значительные пространства, но не вся планета. Глобальное загрязнение связано с изменением состава атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на:

- газообразные (двуокись серы, окислы азота, окись углерода, углеводороды и др.);

- жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.);

- твердые (свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и др.)

Наиболее опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено, в основном, глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытания ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации. Особое место занимают выбросы радиоактивных веществ из 4-го блока Чернобыльской АЭС в апреле – мае 1986 года. Суммарный выброс радиоактивных веществ в атмосферу тогда составил 77 кг. Для сравнения- при взрыве атомной бомбы над Хиросимой в атмосферу было выброшено 740 г радионуклидов.

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли:

- теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.) – 37%;

- черная и цветная металлургия – 25%;

- предприятия нефтедобычи и нефтехимии, химические производства – 20%;

- автотранспорт – 13%.

Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и Германии приходится на автотранспорт (50 – 60 %), тогда как на долю теплоэнергетики значительно меньше – 16 - 20 %.

Объектами теплоэнергетики в атмосферный воздух выбрасываются продукты полного и неполного сгорания топлива. К продуктам полного сгорания относятся: диоксид углерода, водяные пары; продуктами неполного сгорания являются: оксид углерода, окислы серы, окислы азота. Кроме того, в воздух выделяются в огромных количествах твердые частицы – зола, пыль, сажа.

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологично газовое топливо, которое в 3 раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в 5 раз меньше, чем уголь.

Источники загрязнения воздуха токсичными веществами на атомных электростанциях (АЭС) – радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли.

Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная металлургия. При выплавке 1 тонны стали в атмо-сферу выбрасывается 40 кг твердых частиц, 30 кг оксидов серы и 50 кг оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как марганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути, фенол, формальдегид, бензол, аммиак и многие другие.

Химическое производство. Выбросы этой отрасли хотя и невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека. На разнообразных химических производствах атмосферный воздух загрязняют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь окислов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т.п.

Выбросы автотранспорта. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений – бензпирен, альдегиды, окислы азота и углерода, соединения свинца. Наибольшее количество вредных веществ в составе отработавших газов образуется при неотрегулированной топливной системе автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет снизить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в 6 и более раз.

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую среду различными способами – от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма.

По времени проявления эффекта вредное воздействие загрязненного атмосферного воздуха на организм делятся на 2 основные группы:

- острое;

- хроническое.

Примером острого действия атмосферных загрязнений являются случаи токсических туманов. При этом растет число лиц с легочными и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Наиболее часто встречается хроническое действие атмосферных загрязнений. При этом оно делится на:

- специфическое – флюороз, бериллиоз, пресиликотические изменения в легких;

- неспецифическое – снижение иммунитета, ухудшение физического развития детей и подростков, увеличение общей заболеваемости.

Кроме того, загрязнение атмосферы оказывает влияние на санитарно-бытовые условия жизни людей, на микроклимат и световой климат городов. Твердые и жидкие частицы, содержащиеся в атмосферном воздухе, приводят к значительному загрязнению оконных стекол, снижая освещенность внутри помещений. Пыль, сажа и газы вызывают неприятные запахи, осаждаются на одежде. Человек вынужден реже проветривать помещения. В результате загрязнения атмосферного воздуха возрастает облачность, увеличивается частота туманов, снижается видимость и происходит потеря ультрафиолетовой радиации.

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения его вредными веществами используют следующие меры:

- экологизацию технологических процессов;

- очистку газовых выбросов от вредных примесей;

- рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

- устройство санитарно – защитных зон;

- архитектурно – планировочные решения.