Атмосфера и здоровье.

Первые документированные трагические последствия загрязнения атмосферного воздуха относятся к концу XIX в. Ноlland и соавто­ры отмечают, что в течение 5 лет с 1887 г. по 1892 г. в Лондоне в результате возникновения смога произошел ряд массовых поражении людей. Почему произошла эта трагедия? Ведь известно, что тепло, газы, аэрозоли, пыль и другие загрязнители воздуха всегда поступали в атмос­феру. Эти вещества распылялись и перерабатывались экосистемами. Однако в результате человеческой деятельности и развития техники в атмосферу стали выбрасываться все формы загрязняющих веществ, включая множество новых, в количествах, далеко превосходящих спо­собность экосистем их переработать.

Результатом увеличения содержания в атмосфере уг­лекислого газа является глобальное повышение ее температуры. Дву­окись углерода - мощный поглотитель длинноволновой инфракрас­ной радиации.

Коротковолновое солнечное излучение, достигая Земли, преобразуется в более длинноволновое инфракрасное, или тепловое. Двуокись углерода поглощает часть этого тепла и возвращает его на Землю. Такое удержание тепла в атмосфере названо парниковым.

Суть явления парникового эффекта на Земле заключается в отра­жении определенной части излучаемой земной поверхностью длин­новолновой радиации газами, содержащимися в атмосферном возду­хе в небольших количествах, и поступлении ее на планету. Без парникового эффекта температура Земли была бы на 33°С ниже. Одна­ко с началом промышленной революции в атмосфере стало увеличи­ваться содержание парниковых газов. По оценкам 1990 г., среднего­довые темпы этого увеличения колебались от 0,25% (оксида азота) до 4% (фреон-11 и -12). Предполагается, что вследствие этого средняя глобальная температура на Земле в течение XXI в. будет увеличивать­ся каждое десятилетие на 0,3°С, что приведет к таянию части вечных льдов и подъему уровня Мирового океана к началу XXII в. на 0,65 м.

Тем не менее, связанное с деятельностью человека на Земле уве­личение концентрации СО₂ в атмосфере считается главной причиной глобального потепления. В работе, выполненной метеорологическим обществом Японии, систематизированы, обобщены и статистически обработаны данные наземных наблюдений за температурой воздуха на поверхности Земли, количеством осадков и концентрацией СО; за пе­риод 1880-1990 гг. Результаты усреднения данных измерений свиде­тельствуют о том, что средний уровень осадков на Земле за 100 лет не изменился, в т.ч. в Северном полушарии наблюдалось снижение на 2,3%, а в Южном полушарии увеличение на 2,2%, в Японии уменьши­лось на 5,1%.

Выбросы диоксида углерода на душу населения в странах Север­ной Америки в 2,5 раза выше чем в Западной Европе и почти в 5 раз выше чем в мире. Однако темп роста выбросов СОз значительно выше во многих развивающихся странах, например, в Индии. В соответствии с прогнозами роста мирового энерго­потребления, выбросы СО₂ к 2015 г. могут увеличиться до 9400 млн. т/год (рост на 54% по сравнению с 1990 г.), в т.ч. в развивающихся странах до 5400 млн.т.

Все же полной ясности относительно причин произошедшего за пос­леднее столетие глобального потепления нет. Межправительственная группа экспертов по проблемам климата (МГЭИК) рекомендовала для оценки глобальных выбросов парниковых газов учитывать дифференци­рованные оценки объемов выбросов и стоков по каждой из стран. Эти оценки должны учитывать квоты государств в балансе парниковых газов (рассчитанные по подушному показателю) по отношению к таким об­щепланетарным факторам как тропосфера и Мировой океан. Группа оп­ределила приемлемый глобальный уровень суммарных выбросов парни­ковых газов за 1985-2100 гг. - не долее 300 млрд. г эквивалентного углерода (т.е. примерно 2,6 млрд. т в год). Дос­тигнуто международное соглашение о необходимости снижения выбро­сов С0₂. Япония является одной из тех стран, где этой проблеме уделяется серьезное внимание и предпринимаются большие усилия по разработке технологий связывания С0₂. Технологии можно разделить на два больших класса: 1) утилизации С0₂; 2) хранения и использования утилизированного С0₂. Наиболее развитыми методами утилизации яв­ляются методы химической абсорбции, пленочной сепарации и биотех­нологические методы. Исследователи США считают наиболее при­емлемым методом закачку С0₂ в водную толщу океана. Наиболее близок к практической реализации в настоящее время метод химической абсор­бции.

Может возникнуть вопрос об уменьшении содержания в атмосфе­ре кислорода, другой половины цикла кислород - двуокись углерода.

Ответ здесь пока что достаточно оптимистичен: за последние столе­тия количество содержащегося в атмосфере кислорода остается до­вольно постоянным. Важнейшая проблема состоит не в истощении запасов кислорода, а в накоплении в атмосфере Земли вредных газов и пыли. Одними из наиболее вредных газов являются углеводороды, окислы азота и серы. Основными источниками выбросов этих газов являются транспорт, промышленность и сжигание ископаемого топ­лива на электростанциях. Все эти газы выделяются в атмосферу есте­ственным путем и в гораздо больших количествах, чем производится человеком. Однако все источники выброса этих газов в результате деятельности человека сосредоточены вокруг городов и промышлен­ных центров, и именно здесь их влияние наиболее заметно. Важность окислов азота и углеводородов заключается в их способности соеди­няться в присутствии солнечного света, образуя еще более вредные загрязняющие вещества. Основное азотсодержащее загрязняющее ве­щество в атмосфере - двуокись азота при воздействии ультрафиолета преобразуется в окись азота и атомарный кислород. После этого ато­марный кислород вступает в реакцию с кислородом воздуха и обра­зует озон. Озон соединяется с окисью азота, давая двуокись азота и кислород. В присутствии солнечного света выделившийся из двуоки­си азота атомарный кислород вступает в реакцию с рядом углеводо­родов и образует ряд вторичных загрязняющих веществ (формальде­гид, альдегиды и пероксиацетиловые нитраты, известные как РАМ). Все они совместно образуют фотохимический смог.

В декабре 1930 г. вследствие температурной инверсии в узкой доли­не р. Мез возникла высокая концентрация выбросов в атмосферу из металлургических, химических и других промышленных предприятий, расположенных в этой долине. Несколько сотен человек были поражены респираторными заболеваниями. Еще 62 человека (в основном пожи­лые люди и страдающие от болезней сердца или легких) умерли. Анали­зы, проведенные после этого события, показали, что причиной пораже­ния легких была смесь двуокиси серы и серной кислоты.

Примерно такие же условия возникли 26-31 октября 1948 г. в До­норе (штат Пенсильвания, США). В течение двух дней более 40% на­селения заболели и у 10% появились резко выраженные расстройства здоровья: кашель, рвота, головные боли, тошнота, раздражение слизи­стых глаз, носа, горла. Умерло 20 человек, в основном на 3-й день (на18 человек больше чем в обычный день в Доноре). Причиной пораже­ния людей явилась смесь диоксида серы с взвешенными частицами.

В Лондоне 5-9 декабря 1952 г. в результате резкого понижения температуры воздуха и появления инверсии отмечался увеличенный рас­ход угля для отопительных целей. Это дополнительное к промышлен­ным выбросам загрязнение воздуха вызвало почернение белого смога в результате образования смеси диоксида серы (3830 мкг/м³) и взве­шенных частиц (4460 мкг/м³). В течение 5 дней умерли 5000 человек, первыми умирали пожилые люди и страдающие от легочных болезней Заболеваемость бронхитом возросла в 10 раз, пневмонией - в 5 раз, респираторными заболеваниями - в 6 раз, болезнями сердца – в 3 раза. Заполняемость коек службы неотложной помощи в течение не­дели возросла в 2 раза и стала нормальной только между 2-ой и 3-ей неделями после того, как воздух стал чистым. Подобные же чрезвычайные происшествия повторялись в Лондоне в 1956, 1957, 1959 и 1962 гг., когда умерли соответственно 1000, 750, 250 и 700 человек.

Многочисленные эпидемиологические исследования показали существование связи между смертностью и уровнем взвешенных час­тиц в воздухе. Совершенно очевидно, что взрослое население, стра­дающее острыми или хроническими респираторными заболеваниями, является наиболее чувствительным к атмосферному загрязнению взве­шенными частицами. Такой же тип связи между смертностью и ат­мосферным загрязнением обнаружен в городах, резко отличающихся между собой по географическим и климатическим характеристикам.

Загрязнение атмосферы SO₂, SО₃, взвешенными частицами и сульфатными соединениями приводит к росту числа сердечно-сосудистых и легочных заболеваний в некоторых городах США, особенно среди взрослого населения.

Фермерское хозяйство тропиков также может сильно загрязнять атмосферу, как и транспорт высокоразвитых стран. Смоги над Бразилией, Борнео или Центральной Африкой могут иметь худшие последствия, чем лондонские. В климатических условиях Южного полушария выбросы СО превышают таковые в Северном полушарии. Основной источник выбро­сов -сжигаемые биомассы. Ежегодные выбросы С (млрд. т) составляют: сжигание остатков при севообороте - 0,5-1,0; сведение лесов для расши­рения посевов - 0,2-0,7; пожары саванны - 0,3-0,6; пожары лесов - 0,3-0,6; сжигание сельскохозяйственных отходов - 0,5-0,8. Основными продуктами сгорания являются СО, СО_з, NН₄ и NО_х, а одним из побоч­ных продуктов - Оз. В сухой сезон на пастбищах Бразилии концентрация Оз достигает 90 ч/млрд. (в Европе это было бы достаточно для создания опасности здоровью населения столиц). Это тем более опасно, что имен­но тропики являются областью самоочищения атмосферы и глобального снабжения чистым воздухом, наряду с лесными массивами европейской части России и Сибири ("легкие планеты").

Исследована мутагенность частиц смога, образующихся при сжи­гании различных органических материалов (поливинилхлорида, поли­этилена, полиэтилентерефталата, полистирена). Подтверждено, что му­тагенность тестируемых частиц позитивно ассоциирована с содержанием в них таких компонентов, как изомеры динитропирена и некоторых других. Полученные данные обсуждаются в связи с репре­зентативностью их экстраполяции на естественные условия - напри­мер, состояние атмосферы в крупных тайваньских городах.

Украинские ученые подтвердили наличие суммарной мутагенной активности химических загрязнителей атмосферы городов с преимущественным развитием металлургической промышленности, с преимущественным раз­витием химической промышленности и условно чистых городов. Пробы атмосферного воздуха "металлургических" городов выявили мутагенность "средней" силы, причем как с метаболической активацией, так и без нее. Атмосферный воздух первых пяти "химических" городов также имел "среднюю" мутагенную активность, пробы воздуха осталь­ных городов из этой группы показали "слабую" мутагенность. Частицы воздуха группы условно "чистых" городов показали только "слабую" мутагенную активность.

Следует обратить внимание на то, что, если вблизи поверхности Земли озон является загрязняющим веществом, то в более высоких слоях атмосферы он необходим для предохранения Земли от избыточного ультрафиолетового излучения. Фреон - газ, которым заправляют аэрозольные упаковки и который при известных обстоятельствах проникает в верхние слои атмосферы, а также окислы азота, содержа­щиеся в стратосфере в результате полетов самолетов, могут настоль­ко нарушить озоновый слой, что ультрафиолетовое солнечное излуче­ние может нанести вред Земле.

В 1995 г. исполнилось 10 лет со времени принятия Конвенции по за­щите озонного слоя от воздействия антропогенных выбросов некоторых химических веществ, согласно которой намечено постепенное зап­рещение использования хлорфторуглеродов (ХФУ). Из 15 видов ХФУ, которые использовались в холодильном оборудовании, в настоящее вре­мя осталось только 2, которые также должны быть запрещены в ближайшее время. Основными заменителями являются хлорфторуглеводороды (40 видов) и бромфторуглеводороды (34 вида).

До 85-90% атмосферного О₃ - антропогенного происхождения. На концентрацию О₃ в атмосфере оказывают влияние температура, сила и направление ветра, топографические особенности и др. Высокие концентрации О₃ в атмосфере отмечаются не только в промышленно развитых регионах, но и в сельской местности. Отмечается, что снижение интенсивности дорожного движения не всегда приводит к немедлен­ному уменьшению концентраций О₃. Наблюдаются значительные ин­дивидуальные колебания чувствительности к воздействию О₃. Счита­ется, что О₃ не представляет опасности для здоровья населения при концентрациях менее 360 мкг/м³. Воздействие озона может вызывать ухудшение респираторной функ­ции, особенно при выполнении физической нагрузки и в сочетании с другими факторами. При воздействии озона в концентрациях 400-500 ч. на млрд. в течение 2 ч в промывной жидко­сти из полости носа обнаруживаются белки, медиаторы воспаления. Аналогичный эффект у больных астмой отмечается уже при концент­рации озона 120-240 ч. на млрд. К влиянию озона более чувствитель­ны больные астмой и аллергическим ринитом. Считается, что женщи­ны более чувствительны к воздействию озона.

Загрязняющие воздух вещества воздействуют и на продукты пита­ния. Озон особенно вреден для таких важных растений, как помидоры, бобы, шпинат и картофель. Вредному воздействию двуокиси серы под­вержены пшеница и бобы. Устойчивы к ее воздействию картофель, ку­куруза, лук, сельдерей. Подверженность растений влиянию загрязняю­щих веществ часто приводит к тому, что в радиусе сотен миль от городов невозможно выращивать нужные сельскохозяйственные культуры.

Одним из загрязняющих веществ, которое при определенных условиях может войти в пищевую цепь, является свинец. Основным источником поступления в биосферу свинца служит сжигание автомобильного горючего, содержащего свинцово-алкиловые добавки. Менее значительными источниками его поступления в атмосферу являются металлоплавильные предприятия и сельское хозяйство (мышьяковистым свинцом опрыскивают сады). Свинец иногда выпадает и землю с атмосферными осадками или пылью, загрязняя почву и рас­тения. Известно также, что значительные количества свинца могут связывать бактерии. Наиболее высокие концентрации свинца в растениях и животных наблюдаются в придорожных полосах. В связи с длительным процессом роста содержания свинца в атмосфере значитель­ные его количества находят в крови людей, дышащих этим воздух. Поскольку свинец несет в себе угрозу здоровью людей, его добавки стремятся вывести из бензина.

Загрязняющим веществом, заслуживающим большого внимания, является сера. В глобальном масштабе ежегодно выбрасывается в атмосферу 147 млн.т двуокиси серы (около 70% в результате сжига­ния угля). Попав в атмосферу, двуокись серы не остается в газообраз­ном состоянии, а, соединяясь с водой, образует серную кислоту. При концентрации в несколько частей на миллион она раздражает дыхатель­ные пути. В туманную погоду, оседая на мелких твердых частичках, она может проникать глубоко в легкие и поражать чувствительные тка­ни. Высокие концентрации окислов серы являются основной причиной многих бедствий, приносимых загрязнением воздуха (повышение смер­тности, увеличение заболеваемости бронхиальной астмой). Выбросы в атмосферу серы являются причиной выпадения в некоторых районах мира кислотных дождей.

Ученые-медики и практические врачи обращают внимание на взрывообразное увеличение частоты заболеваний астмой. Приводятся данные о связи частоты заболеваний астмой с уровнем загрязнения воздушной среды SO₂, углеводородами и частицами выхлопа автомобильных двигателей.

По мнению ученых многих стран, загрязнение воздуха вызвало настоящую эпидемию аллергических заболеваний среди населения.

По данным Национального комитета по борьбе с астмой, в Великобритании около 3 млн. людей страдает этим заболеванием и каждые 25 лет число их удваивается. Аллергические заболевания (астма, поллиноз, дерматит и пищевая аллергия) поражают более 20% населения.

Наиболее незащищенными от вредного воз­действия загрязнителей воздуха являются дети и подростки. Под воз­действием загрязняющих атмосферный воздух веществ у детей, стра­дающих аллергией, наблюдается угнетение клеточного и гуморального звеньев иммунитета.

Техногенные загрязнения влияют на биохимические показатели кро­ви детей дошкольного возраста, свидетельствуя об интоксикации орга­низма. Уровень глутатиона и гамма-глутамилтрансферазы может слу­жить тестом для выяснения влияния загрязнений, выбрасываемых в атмосферу предприятиями, на детский организм.

В условиях загрязнения атмосферного воздуха промышленными серосодержащими загрязняющими веществами происходит нарушение нормальных росто-весовых соотношений во всех детских возраст группах, что обусловливает дисгармоничность физического развития детей. В местностях, где атмосферный воздух загрязнен Ni, Сr и Se существенно повышена заболеваемость детей (болезни органов дыха­ния, сердечно-сосудистой системы, ЛОР органов, центральной нервна системы и почек).

Экологические факторы влияют на некоторые звенья иммунной системы, что создает благоприятные условия для хронизации патоло­гических процессов, в частности, ЛОР-органов.

У 96,1% 12-13-летних девушек, проживающих в районе с интенсивной аэрогенной нагрузкой, обнаружена гиперплазия щитовидной железы; у 14-15-летних школьниц в районах производства галоидорганического синтеза, где на организм действуют соединения F и Вг, встречаемость гиперплазии щитовидной железы достигает 85,7-90,8%. В районах аэрогенных загрязнений у девушек наблюдались нарушения менструальной функции.

Загрязнение воздуха приводит к повышению доли женщин с высокой степенью перинатального риска (токсикозы беременности с угро­зой ее прерывания). У этих женщин чаще рождаются недоношенные дети, значительно чаще - дети с врожденными аномалиями развития. В загрязненных районах у детей на первом году жизни отмечается вы­сокая заболеваемость обструктивным бронхитом, а также перинаталь­ной энцефалопатией.

Согласно медицинским исследованиям, твердые частицы смога потенциально канцерогенны. Имеются наблюдения, показывающие, что в районах с загрязненным атмосферным воздухом заболеваемость раком прямой и ободочной кишок выше по сравнению с чистыми рай­онами.

Следует отметить, что к настоящему времени установлены доста­точно определенные уровни последствий для человека превышения ПДК и ПДУ загрязнителей окружающей среды. Пороговым уровнем загряз­нения окружающей среды является 1,2-1,5 ПДК/ПДУ, выше которого отмечаются достоверные изменения иммунологических, биохимичес­ких и физиологических параметров организма. Статистически значи­мые изменения показателей острой заболеваемости выявляются при уровне загрязнения среды, превышающем допустимый в 2-3 раза. Даль­нейшее увеличение степени загрязнения (в 4 раза и более) обусловли­вает изменение показателя заболеваемости хроническими видами па­тологии, а при 6-кратном и более превышении гигиенических нормативов отмечается и увеличение частоты множественной хронической патологии.

В целях уменьшения болезнетворного воздействия на здоровье людей вредных веществ, находящихся в атмосфере, наиболее эффек­тивная очистка воздуха возможна лишь при проведении комплексных мероприятий, основанных на сочетании двух способов ограничения выбросов: непосредственного ограничения количества выбрасывае­мых загрязняющих веществ и путем изменения используемых технологий.

7. Содержание занятия:

· Самостоятельная работа студентов:

1. Решение тестовых заданий для определения исходного уровня знаний.

2. Решение тестовых заданий для определения заключительного уровня знаний.

3. Контрольная работа по данной теме.

· Работа с преподавателем по теме занятия:

1. Оценка исходного уровня знаний по исходным вопросам.

2. Совместная работа с преподавателем по теме занятия:

- Атмосфера – элемент биосферы, важнейшие свойства.

- Естественное и антропогенное загрязнения атмосферного воздуха.

- Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы.

- Влияние загрязнений атмосферного воздуха на здоровье человека.

3. Оценка заключительного уровня знаний студентов (контрольные вопросы)

4. Обсуждение результатов СРС

5. Подведение итогов занятия

· Контроль исходного и итогового уровня знаний

Тестовые задания для определения исходного уровня знаний студентов

1. Одна из оболочек Земли, состав и энергетика которой в существенных своих чертах определены работой живого вещества называется……………….

2. Этап эволюции биосферы, который характеризуется ведущей ролью разумной и сознательной деятельности человеческого общества в развитии биосферы называется…………

3. Газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли называется:

А). гидросфера

Б). литосфера

В). атмосфера

Г). биосфера

4. Атмосферу делят на:

А). тропосферу

Б). стратосферу

В). экзосферу

Г). термосферу

Д). все перечисленное верно

5. Атмосферу делят на:

А). стратосферу

Б). стратосферу

В). мезосферу

Г). термосферу

Д). все перечисленное верно

6. Главными составными частями атмосферы являются:

А). азот

Б). кислород

В). аргон

Г). аргон

Д). все перечисленное верно

7. Совокупность всех вод Земли называется:

А). гидросфера

Б). литосфера

В). атмосфера

Г). биосфера

8. Верхняя «твердая» оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества называется:

А). гидросфера

Б). литосфера

В). атмосфера

Г). биосфера

9. Всю совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал:

А). косное вещество

Б). живое вещество

В). биогенное вещество

Г). биокосное вещество

10. Совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют называется:

А). косное вещество

Б). живое вещество

В). биогенное вещество

Г). биокосное вещество

11. Геобиосфера состоит из:

А). террабиосферы

Б). литобиосферу

В). аквабиосферу

Г). верно А, Б

Д). верно А, Б, В

12. Укажите уровни существования живого вещества:

А). молекулярный

Б). клеточный

В). тканевый

Г). органный

Д). все перечисленное верно

13. Укажите уровни существования живого вещества:

А). организменный

Б). популяционно-видовой

В). биоценоз

Г). биосферный

Д). все перечисленное верно

14. По способу питания живые организмы подразделяются на:

А). автотрофные

Б). гетеротрофные

В). биоавтотрофные

Г). верно А,Б

Д). верно А, Б, В

15. Автотрофы подразделяются на:

А). фотоавтотрофы

Б). хемоавтотрофы

В). биотрофы

Г). верно А, Б

Д). верно А, В

16. Гетеротрофы подразделяются на:

А). сапротрофы

Б). биотрофы

В). фотоавтотрофы

Г). верно А, Б

Д). верно А, В

Контрольные вопросы для определения исходного уровня знаний

1. Биосфера как глобальная экосистема.

2. Основные свойства биосферы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: