Загрязнение атмосферы и последствия

5.3.1. Источники загрязнения

Источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются:

- промышленные предприятия;

- транспорт;

- теплоэнергетика;

- отопление жилищ;

- сельское хозяйство;

- строительство;

- выделение газа и инфильтрата из хранилищ отходов.

Во всех странах мира наиболее значимыми из них являются электроэнергетика, автотранспорт и промышленное производство.

Среди предприятий промышленности наибольшие объемы выбросов приходятся на предприятия электроэнергетики, цветной и черной металлургии.

В России наибольшее количество выбросов от промышленных предприятий зафиксировано в Норильске, где в атмосферу поступает около 2,5 млн.т. вредных веществ, что составляет 8% всех выбросов в России. Сильно загрязнены также наиболее крупные промышленные центры (Новокузнецк, Магнитогорск, Мончегорск, Липецк и другие).

В табл. 4 представлены основные вещества и их объемы (в %), поступающие в атмосферу из традиционных источников (Потапов А.Д., 2004).

Как видно из таблицы 2, наибольшую долю в загрязнении атмосферы вносят автотранспорт, выбрасывающий в особо больших объемах оксид углерода, оксиды азота и углеводороды, а также электростанции, загрязняющие среду диоксидом серы, оксидами азота, оксидом и диоксидом углерода, углеводородами (бенз(а)пирен и диоксины), сажей и оксидом ванадия.

Таблица 4

Основные вещества и их объемы (в %), поступающие в атмосферу из традиционных источников (Потапов А.Д., 2004)

Оксиды серы(SO_х). Образуются при сжигании твердых видов топлив и сернистых нефтепродуктов. Приводят к нарушению углеводного и белкового обмена.

Оксиды азота(NO_х). Образуются при окислении атмосферного азота при температуре 1800ºС. Оксид азота вызывает отек легких, приводит к заболеваниям дыхательных путей.

Оксид углерода(СО). Продукт неполного сгорания органического топлива. Чрезвычайно опасен, так как вытесняет кислород из соединений с гемоглобином. Образуется в основном при сжигании твердых видов топлива.

Сажа(С). Продукт неполного сгорания особенно твердых видов топлива.Вызывает аллергическое воздействие. На саже адсорбируются тяжелые ароматические углеводороды, в том числе бенз(а)пирен, а при воздействии ультрафиолетового излучения образуется смог.

Углеводороды (бенз(а)пирен) образуется при сжигании угля. Бенз(а)пирен - канцерогенного действия.

Диоксины - высоко токсичные вещества канцерогенного, тератогенного и мутагенного действия, относящиеся к классу полихлорированных дибензодиоксинов. Могут образовываться как побочный продукт при обработке или сжигании любых хлорированных углеводородов.

Углекислый газ(СО₂) образуется при сжигании любого вида органического топлива. Парниковый газ.

Пятиокись ванадия(V₂O₅) – токсического действия.

На долю промышленности приходятся значительные объемы диоксида серы.

Высокие концентрации примесей и их миграция в атмосферном воздухе способствуют образованию смога, кислотных дождей, разрушают озоносферу и усиливают парниковый эффект.

Смог

Фотохимический смог (сухой, Лос-Анджелесский). Возникает в больших городах с высокой плотностью транспорта. Формируется в атмосфере под действием солнечного света при отсутствии ветра и при низкой влажности из компонентов, характерных для выхлопных газов автомобилей.

Под действием ультрафиолетового излучения Солнца (рис. 41) оксиды азота и углеводороды вступают между собой в фотохимические реакции и образуют агрессивный фотохимический смог, содержащий озони другие сильные окислители – пероксиацетилнитраты (ПАН), альдегиды, кетоны и другие вредные вещества, характеризующиеся раздражающим (глаза, верхние дыхательные пути) и аллергическим действием.

Рис. 41. Фотохимические реакции в воздухе в присутствии углеводородов.

(Небел Б., 1943)

Таблица 5

Сравнительная характеристика Лондонского (влажного) и Лос-Анджелесского (сухого) смога (цит. по Чебышеву Н.В.и Филиппову А.В., 2004)

Лондонский смог (влажный).От англ. smoke – дым; fog – туман, что в переводе означает «смесь дыма и тумана». Совокупность паров воды (туман), аэрозолейсерной кислоты, сульфатов металлов и сажи, образующихся при сжигании угля, создают явление, называемое угольным, или влажным смогом. В пятидесятых годах XX века угольный смог не раз оказывал смертельное воздействие на жителей Лондона, использовавших преимущественно угольное отопление (печи, камины). В периоды густых туманов образовывавшиеся при сжигании угля высококислотные соединения попадали при дыхании в легкие, где вызывали так называемое, защелачивание кровеносных капилляров и, как следствие, развитие отека легких со смертельным исходом. В 1952 году во время смога погибли 4000 человек, после чего его стали называть Лондонским.

При менее высоких концентрациях серной кислоты в образующихся соединениях смог оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей.

В табл. 5 дана сравнительная характеристика Лондонского (влажного) и Лос-Анджелесского (сухого) смога.

5.3.3. Разрушение озонового экрана

Озоновый слой(озоносфера) -область наибольшей концентрации озона (О₃) - располагается в стратосфере на высоте 20-25км.

Если собрать весь распределенный по высоте озонв сферический слой вблизи поверхности Земли при нормальных условиях, то толщина этого слоя составит всего около 3 мм. В качестве единицы измерения общего содержания озона (ОСО) принята так называемая единица Добсона (еД или DU), которая соответствует толщине озонового слоя, собранного отдельно и приведенного к нормальному атмосферному давлению. («Нормальным» атмосферным давлением называется давление, равное весу ртутного столба высотой 760 мм, находящегося при температуре 0.0ºC, на широте 45º и на уровне моря).

Одна единица Добсонасоответствует 0.01 мм толщины этого слоя.
Из экваториальной области воздушные течения весной переносят озонв средние и высокие широты, летом перенос прекращается. В средних широтах Северного полушария наибольшее значение ОСО (до 500–700 еД) наблюдается весной, наименьшее – осенью (около 300 еД). Нормальным считается значение 340-360 единиц Добсона.

Значение озонового слоя в том, что он поглощает ультрофиолетовое излучениеСолнца,а именно, ту часть его спектра (длина волны (∆) < 320 нм), которая крайне опасна для всего живого на Земле. Таким образом, озоновый слой защищает всё живое на Земле от пагубного воздействия жёсткого (коротковолнового) УФ-излучения.

Жёсткое (коротковолновое) УФ-излучение, проникая сквозь атмосферу, поглощается тканями живых организмов и разрушает молекулы белков и ДНК.

Главной мишенью ультрафиолетовых лучей в живой клетке является молекула ДНК, что может привести к катаракте, ожогам кожи и возникновению злокачественных новообразований в коже (рак, меланома).

Высокая опасность воздействия УФ-излучения возникает при образовании в озоновом слое, так называемых «озоновых дыр». «Озоновые дыры» - это области атмосферы с пониженным (до 50%) содержанием озона. Впервые “озоновая дыра” была обнаружена в начале 80-х годов 20 века над Антарктидой.Вернее, озоновая дыра” существовала практически всегда, то появляясь, время от времени, то исчезая в соответствии с сезонными колебаниями в состоянии атмосферы. Однако, поскольку «дыра» перестала восстанавливаться до исходного состояния, и появились «дыры» на других широтах, учёные пришли к заключению, что природные колебания концентрации озона в стратосфере усложнились из-за антропогенного воздействия.

Были выдвинуты различные гипотезы об антропогенных причинах разрушения озонового слоя, но доминирующее значение получила гипотеза, свидетельствующая в том, что распад озона в стратосфере катализируют свободные атомы хлора. Поставщиками хлора в атмосферу, где он оказывает разрушающее действие на озон, являются хлорфторуглероды (ХФУ), которые содержатся в составе газа фреона, широко использующегося как газ-носитель (пропиллент) в холодильных установках, различного рода аэрозольных баллончиках и др. Разрушение озонового слоя происходит из-за избыточного поступления фреона в атмосферу.

В связи с этим в 1987 г. На Международной встрече в Монреале (Канада) 98 стран заключили соглашение о постепенном прекращении производства ХФУ, а в 1990 г. В Лондоне около 60 стран подписали протокол с требованием полностью прекратить производство ХФУ к 2000 г, что, однако до сих пор не удаётся выполнить. Но даже, если было бы возможным это выполнить, эффект от этих мероприятий проявится лишь через несколько десятков лет по причине высокой устойчивости ХФУ и длительности времени их миграции в стратосферу (до 150 лет). Поэтому, по расчётам учёных, при сохранении современных объёмов поступления хлорфторуглеродов (ХФУ) озоновый слой через 15-20 лет истончится на 20%, несмотря на то, что за последние 10 лет среднегодовая концентрация озона в средних и высоких широтах на высоте около 20 км повысилась после прохождения минимума 1995 года. Расчёты показывают, что даже при соблюдении принятого графика выполнения достигнутых соглашений содержание хлора в атмосфере вернётся к уровню 1986 г. (когда впервые было обнаружено явление антропогенного воздействия на озоновый слой) только лишь к середине текущего столетия.

5.3.4. Кислотные осадки (дожди)

Кислотные осадки, выпадающие из атмосферы в виде дождей, снега, тумана, образуются там при соединении главным образом оксидов серы и азота с парами воды.

Оксиды серы – это соединения, в наибольшей степени ответственные за возникновение кислотных осадков:

2SO₂ + 2H₂O + O₂ → 2H₂SO₄

Согласно расчётам, доля диоксида серы в образовании кислотных осадков составляет 70%. Основными источниками выброса оксидов серы, в наибольшей степени повинных в образовании кислотных осадков, являются предприятия теплоэнергетики, сжигающие ископаемое топливо (главным образом уголь).

В городах кислотные осадки образуются также в результате выброса оксидов азота автомобильным транспортом:

4NO₂ + 2H₂O + O₂ → 4HNO₃

4NO + 2H₂O + 3O₂ → 4H₂NO₂

Кислотные осадки особенно типичны для Канады, скандинавских стран и ряда других стран Европы, для северных районов США и некоторых районов России.

Наиболее губительны кислотные дожди, содержащие оксиды серы, при этом особенно опасны для населения и окружающей среды кислотные осадки, рН которых менее 3-х. За последнее время отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2 – 2,3, что соответствует кислотности уксуса.

Для кислотных дождей характерно разнообразие негативных воздействий на почвы, водные экосистемы, растения, памятники архитектуры, здания и сооружения.

В 70 – 80-е годы прошлого столетия произошло резкое увеличение кислотности осадков из-за сжигания высокосернистых углей, в результате чего тысячи озёр в Канаде, Скандинавии и восточной части Северной Америки практически лишились своих обитателей, пострадали леса, особенно европейских стран – Чехословакии, Германии, Польши и др.

В лесах с глинистыми и алюмосиликатными почвами в результате их закисления происходит мобилизация (вымывание) из нетоксичных соединений ионов алюминия, а также тяжёлых металлов, которые уничтожают полезные почвенные бактерии, через корневую систему поступают в древесину и далее действуют как клеточные яды.

Особенно сильно повреждаются хвойные леса, накапливающие достаточно высокие концентрации токсикантов в хвое в связи с большой продолжительностью её жизни (4-6 лет).

5.3.5. Парниковый эффект. Изменение климата

Парниковым эффектом называется задержание значительной части тепловой энергии Солнца у земной поверхностив результате того, что находящиеся здесь парниковые газы пропускают к Земле коротковолновое тепловое (инфракрасное) излучение Солнца и задерживают уход в космическое пространство длинноволнового (малопроникающего) теплового излучения, исходящего от нагретой Солнцем земной поверхности.

Основными парниковыми газами являются пары воды, диоксид углерода (углекислый газ), метан, хлорфторуглероды, оксиды азота и озон, при этом в последнее время метан и оксиды азота начинают оспаривать лидирующее значение углекислого газа в образовании парникового эффекта.Пары воды благодаря своему обилию могли бы стать наиболее значимым природным парниковым газом, однако при конденсации в облака отражают солнечное излучение и тем самым препятствуют нагреву поверхности Земли.

Основное количество парниковых газов образуется в результате деятельности транспорта. Значительный вклад в парниковый эффектвносят также тепловые электростанции, сжигающие ископаемое топливо (уголь, нефтьи др.), а также металлургические и другие промышленные предприятия.

Ожидаемое потепление климата на Земле, согласно доминирующей в науке теории, связывают с выбросами в атмосферу диоксида углерода (CO₂), т.е. углекислого газа. Уничтожение лесов сокращает их способность поглощать углекислый газ и таким образом способствует усилению парникового эффекта и повышению температуры на планете.

По прогнозам учёных, придерживающихся этой теории, в результате парникового эффекта в ближайшие 50 лет ожидается потепление. Эксперты Всемирный метеорологической службы прогнозируют увеличение температуры на 0,25 градусов каждые 25 лет, в результате чего температура воздуха на Земле к 2100 году увеличится на 3,5 градуса.

Парниковый эффектзатронет все страны, т.е. имеет глобальный характер. Если не принять меры по сокращению выбросов парниковых газов, то произойдёт повышение уровня Мирового океана (на 600-1000 мм к 2030 году и на 600-1000мм – к концу нынешнего столетия), что вызовет затопление стран, расположенных в низменных районах с такими городами, например, как Амстердам, Венеция, Санкт-Петербург и др.

Парниковый эффектспособствует дополнительному выделению углекислого газа из воды, почвенной влаги, тающих льдов и оттаивающей вечной мерзлоты, что вызовет самоусиление парникового эффекта.

Таяние вечной мерзлоты будет усугублять парниковый эффект, так как из оттаявших грунтов в атмосферу будут поступать углекислый газ и метан; произойдёт заболачиваниетундры и северных районов тайги с катастрофическими последствиями для России.

Парниковый эффектоказывает влияние на такие биосферные процессы как круговорот и распределение осадков на Земле, циркуляция атмосферы и формирование стихийных явлений, циркуляция тёплых и холодных вод в Мировом океане, хотя почти не повлияет на такой биосферный процесс как накопление осадочных отложений на дне океана и континентальных водоёмов.

Несмотря на то, что в настоящее время идет широкая дискуссия о причинах глобального потепления, сам факт повышения среднепланетарной температуры и его связь с парниковым эффектом никем не оспаривается.

Тем не менее, если учесть высокую замкнутость биосферного круговорота углерода (см. 4.2.2.) и огромную емкость биосферы и Мирового океана для стока CO₂, происходящее сейчас увеличение его содержания в атмосфере казалось бы не должно нарушать сложившегося равновесия. Однако на протяжение последних десятилетий содержание CO₂ в атмосфере неуклонно растет, то есть поглотительной способности океана и ассимилирующей способности зеленых растений не хватает, чтобы абсорбировать весь техногенный выброс углекислого газа. Это возможно объяснить сведением лесов, в результате чего уменьшается их ассимилирующая способность углекислого газа и антропогенным загрязнением поверхности суши и океана. При этом надо учесть феномен возникающего самоусиления парникового эффекта в результате дополнительного выделения углекислого газа из почвенной влаги, воды, тающих льдов и отступающей вечной мерзлоты в связи с тем, что растворимость CO₂ в воде снижается при повышении температуры.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: