Атмосферное загрязнение воздуха. Источники и классификация атмосферного загрязнения

Глобальная экологическая проблема №4: Кислотные дожди

Глобальная экологическая проблема №5: Загрязнение почвы

Загрязнение мирового океана, подземных и поверхностных вод суши – глобальная экологическая проблема, ответственность за которую целиком и полностью лежит на человеке.

Причины экологической проблемы

Главными загрязнителями гидросферы на сегодняшний день являются нефть и нефтепродукты. В воды мирового океана эти вещества проникают в результате крушения танкеров и регулярных сбросов сточных вод промышленными предприятиями.

Помимо антропогенных нефтепродуктов, индустриальные и бытовые объекты загрязняют гидросферу тяжёлыми металлами и сложными органическими соединениями. Лидерами по отравлению вод мирового океана минеральными веществами и биогенными элементами признаются сельское хозяйство и пищевая промышленность.

Не обходит стороной гидросферу и такая глобальная экологическая проблема как радиоактивное загрязнение. Предпосылкой её формирования послужило захоронение в водах мирового океана радиоактивных отходов. Многие державы, обладающие развитой атомной промышленностью и атомным флотом, с 49 по 70-й годы XX века целенаправленно складировали в моря и океаны вредные радиоактивные вещества. В местах захоронения радиоактивных контейнеров нередко и сегодня зашкаливает уровень цезия. Но «подводные полигоны» не единственный радиоактивный источник загрязнения гидросферы. Воды морей и океанов обогащаются радиацией и в результате подводных и надводных ядерных взрывов.

Пути решения

Рациональное использование водных ресурсов в настоящее время представляет собой крайне насущную проблему. Это прежде всего охрана водных пространств от загрязнения, а так как промышленные стоки занимают первое место по объёму и ущербу, который они наносят, то именно в первую очередь необходимо решать проблему сброса их в реки. В частности, следует ограничить сбросов в водоёмы, а также усовершенствование технологий производства, очистки и утилизации. Также важным аспектом является взимание платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ и перечисление взимаемых средств на разработку новых безотходных технологий и сооружений по очистке. Необходимо снижать размер платы за загрязнения окружающей среды предприятиям с минимальными выбросами и сбросами, что в дальнейшем будет служить приоритетом для поддержания минимума сброса или его уменьшения.
Заключение

Загрязнение окружающей среды, истощение природных ресурсов и нарушения экологических связей в экосистемах стали глобальными проблемами. И если человечество будет продолжать идти по нынешнему пути развития, то его гибель как считают ведущие экологи мира, через два-три поколения неизбежна.

Глобальные проблемы - вызов человеческому разуму. Уйти от них невозможно. Их можно только преодолеть. Причем преодолеть усилиями каждого человека и каждой страны в жестком сотрудничестве ради великой цели сохранения возможности жить на Земле.

Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употоебления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию и что сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища.

Получаемое тепло было дом человека важнее, чем чистый воздух и незакопченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая неизмерно обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.

Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто лет развитие развитие промышленности "одарило" нас такими производственным! процессами, последствия которых вначале, человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

В воз­духе всегда имеется то или иное количество пыли^хими-ческих веществ, которые поступали в атмосферу задолго до начала промышленного развития. Речь идет о при­родных источниках поступления в воздушный бассейн некоторых соединений. Прежде всего следует сказать об аэрозолях природного происхождения. Частицы аэрозоля попадают в атмосферу при пыльных и песчаных бурях, при извержениях вулканов, при испарении капелек брызг морской воды, при лесных пожарах. Например. известно, что при извержении вулкана Кракатау (1883 г.) в атмосферу поступило около 150 млрд. т пыли и пепла.

В настоящее время в мире существует более 400 вул­канов. Они выбрасывают в среднем в течение года 3 млрд. т вулканичекого пепла, в том числе 1 млн. т органических соединений. В составе выбросов вулкана Халемаумау (Гавайские острова), кроме водяного пара (68%), углекислого газа (13%) и азота (8%), обнаружили при специальном исследовании также сер­нистые дымы (более 10%). Количество аэрозолей, по­ступающих в атмосферу при извержении вулканов, в среднем достигает 80 млн. т. Другими естественными источниками поступления аэрозолей в атмосферу явля­ются вынос морских солей (в среднем до 700 млн. т/год), выветривание почвы (до 300 млн. т/год), лесные пожары (до 200 млн. т/ год).

Выветривание почвы обусловливает пыльные бури. Следует отметить, что вся территория нашей страны условно делится на 5 зон по уровню запыленности воз­духа. Территория Татарской АССР относится к зоне слабой запыленности, поскольку концентрация атмо­сферной пыли не превышает 0,5 мг/м3.

Большинство естественных источников поступления аэрозолей-обусловливают непостоянные и в основном локальные изменения качества атмосферы, так как извержения вулканов, лесные пожары, пыльные и пес­чаные бури бывают не всюду и не каждый день, хотя влияние их может быть значительным. Так, при извер­жении уже названного вулкана Кракатау пылевые ча­стицы 2 раза облетели вокруг земли, а при извержении вулкана Безымянного на Камчатке в 1956 г. пепел поднялся на высоту до 45 км и долетел, до Лондона!

Наряду с аэрозолями разного происхождения в ат­мосфере можно обнаружить так называемый аэропланк­тон, то есть находящиеся во взвешенном состоянии частицы биологической природы размерами от 0,01 мк для-мелких вирусов до 50-100 мк-для спор мхов и папоротников. Как указывает В. В. Влодавец, в аэро­планктон входят бактерии, вирусы, споры плесневых грибов, дрожжевые грибы, актиномицеты, цисты про­стейших, водоросли, споры мхов и папоротников. Все они привносятся в воздух в основном из почвы, в ат­мосфере, как правило, не размножаются и в основном погибают под действием различных неблагоприятных факторов. Содержание аэропланктона в воздухе разных климатических районов в разные сезоны года существен­но меняется. По данным В. В. Влодавец, наиболее богат аэропланктоном воздух в теплый период года, в южных районах, на территориях с открытой поверхностью почвы, при сильных ветрах.

Некоторые виды аэропланктона обладают способ­ностью выживать в атмосфере определенное время, поэтому воздушными течениями могут распространяться на большие расстояния (сотни и тысячи километров), а также на высоту до 5-7 км.

В воздухе почти всегда присутствуют также аэро­золи растительного происхождения. Речь идет о пыльце растений. Ж. Детри отмечает, что в разгар цветения от одного растения в атмосферу поступает в день несколь­ко миллионов гранул пыльцы. Например, в Булонском лесу во Франции общее количество пыльцы, выпавшей в сутки на 1 га, достигает 850 г. Пыльца растений, имея сравнительно небольшие размеры (до 10-15 мк), может долго находиться в воздухе во взвешенном состоянии, что, в свою очередь, объясняет формирование так назы­ваемых пыльцевых облаков, распространяющихся на большие расстояния (более 600 км) и значительную высоту (более 10км).

Как и для других аэрозолей естественного происхож­дения, их распространение в атмосфере носит сезонный характер (максимум содержания-в летний сезон), зависит от наличия и особенностей растительности, ибо одни растения выделяют пыльцы больше, чем другие.

Наряду с аэрозолями в атмосферу поступают и газообразные химические соединения: углекислый газ (5’103 млн. т), окись углерода (103 млн. т), двуокись серы (4-103 млн. т), сероводорода (100 млн. т), окись азота (500 млн. т), аммиак (6-Ю3 млн. т), углеводоро­ды (200 млн. т). Они выделяются из уже названных естественных источников, а также образуются при раз­ложении органического вещества, при процессах гние­ния, в результате жизнедеятельности, самого человека.

Говоря о природных источниках поступления в ат­мосферу аэрозолей, аэропланктона, газообразных и дру­гих соединений, следует отметить, что в естественных условиях они в значительной мере удаляются

· за счет осаждения аэрозолей,

· за счет вымывания осадками,

· химических реакций, сопровождающихся превращения­ми одних веществ в другие соединения.

· Немаловажное значение имеет также время жизни микропримесей в атмосфере. Именно за счет химических реакций в ат­мосфере из газообразных соединений образуются так называемые вторичные аэрозоли: из окислов азота - около 250 млн. т нитратов, из аммиака - более 150 млн. т аммонийных солей, из сероводорода-около 170 млн. т сульфатов.

АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ (1 час)

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт.

Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство.

Источники загрязнений:

Теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ;

Металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздухоксилы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка;

Химические и цементные заводы.

Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохими­ческих, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки.

Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серу-содержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 .илн. т.в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 процентов от общемирового выброса.

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 1 юч. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного анпедрида.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раз-делно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангвдрида.

д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являютсяп-редприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в вице газообразных соединений – фтороводорода или пыли фторвда натрия и кальция. L-оединения характе­ризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих солянуто кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и парок соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т. передельного чугуна выделяется кроме 2,7 кг. сернистого газа и 4,5 кг.. пылевых частиц, определяющих количество соединений: мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

АЭРОЗОЛЬНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Аэрозоли – это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки.

Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с во­дяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. Большое количество пылевых частиц образуется в ходе производственной деятельности людей.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фчабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.

Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже – оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест.

Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предриятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы – искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС.

Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. кубл. условного оксида углерода и более 150 те. пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником заг­рязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств – измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды – насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются пврекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в ввде аэрозольных частиц.

При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия – расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвнстного в природе фотохимического тумана.

ФОТОХИМИЧЕСКИЙ ТУМАН (СМОГ)

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных час-лиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидангами.

Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высо­кой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение пе менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветрешюя погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой.

При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксвда азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен сновапревращатъся в молекулярный кислород, а оксид азота – в диоксид. Но этого не происходит.

Оксид азота вступает в реакции с олефинзьш выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжащейся диссоциации новые массы диоксида азота расщеппляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается.

В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные пе­рекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной спосбностыо. Такие смоги – нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки.

По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

ПРОБЛЕМА КОНТРОЛИРОВАНИЯ ВЫБРОСА В АТМОСФЕРУ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ (ПДК)

Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК – такие концентрации, которые на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а. также санитарно-бытовых условий жизни людей. Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО – Главной Геофизической Обсерватории.

Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК.

Среднее значение концентрации за. месяц или за год сравнивается с ПДК дли­тельного действия – среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя – индекса загрязнения атмосферы (ИЗА).

Для этого нормированные на соответствующее значения ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют.

Максимальные разовые концентрации основных загрязняющих веществ были наибольшими в Норильске (оксиды азота и серы), Фрунзе (пыль), Омске (угарный газ). Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города.

Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500 тыс. жителей. Загрязнение воздуха специфичес­кими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе.

Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.

Загрязнение атмосферы Земли – изменение природной концентрации газов и примесей в воздушной оболочке планеты, а также привнесение в среду чужеродных для неё веществ.

Впервые об на международном уровне заговорили сорок лет назад. В 1979 году в Женеве появилась Конвенция о трансграничном на большие расстояния. Первым международным соглашением о сокращении выбросов стал Киотский протокол 1997 года.

Эти меры хоть и приносят свои результаты, но загрязнение атмосферы остаётся серьёзной проблемой общества.

Вещества, загрязняющие атмосферу

Основные составляющие атмосферного воздуха – азот (78%) и кислород (21%). Доля инертного газа аргона – чуть меньше процента. Концентрация диоксида углерода составляет 0,03%. В малых количествах в атмосфере также присутствуют:

• озон,
• неон,
• метан,
• ксенон,
• криптон,
• закись азота,
• двуокись серы,
• гелий и водород.

В чистых воздушных массах окись углерода и аммиак присутствуют в виде следов. Помимо газов, в атмосфере есть водяные пары, кристаллы соли, пыль.

Основные загрязнители воздушной среды:

• Диоксид углерода – парниковый газ, влияющий на теплообмен Земли с окружающим пространством, а значит, и на климат.
• Оксид углерода или угарный газ, попадая в организм человека или животного, вызывает отравление (вплоть до летального исхода).
• Углеводороды – токсичные химические вещества, раздражающие глаза и слизистые оболочки.
• Производные серы способствуют образованию и усыханию растений, провоцируют болезни дыхательных путей и аллергию.
• Производные азота приводят к воспалениям лёгких, крупам, бронхитам, частым простудам, усугубляют течение сердечнососудистых заболеваний.
• , накапливаясь в организме, становятся причиной рака, генных изменений, бесплодия, преждевременной смерти.

Особую опасность для здоровья человека представляет воздух с тяжёлыми металлами. Такие загрязнители, как кадмий, свинец, мышьяк, приводят к возникновению онкологии. Вдыхаемые ртутные пары не действуют молниеносно, но, откладываясь в виде солей, разрушают нервную систему. В значительной концентрации вредны и летучие органические вещества: терпеноиды, альдегиды, кетоны, спирты. Многие из этих загрязнителей воздуха являются мутагенными и канцерогенными соединениями.

Источники и классификация атмосферного загрязнения

Исходя из природы явления, различают следующие виды загрязнений воздуха: химическое, физическое и биологическое.

• В первом случае в атмосфере наблюдается повышенная концентрация углеводородов, тяжёлых металлов, диоксида серы, аммиака, альдегидов, окислов азота и углерода.
• При биологическом загрязнении в воздухе присутствуют продукты жизнедеятельности различных организмов, токсины, вирусы, споры грибов и бактерий.
• Большое количество пыли или радионуклидов в атмосфере свидетельствует о физическом загрязнении. К этому же виду относят последствия тепловых, шумовых и электромагнитных выбросов.

На состав воздушной среды влияет как человек, так и природа. Естественные источники загрязнения атмосферы: вулканы в период активности, лесные пожары, почвенная эрозия, пыльные бури, разложение живых организмов. Мизерная доля влияния приходится и на космическую пыль, образующуюся в результате сгорания метеоритов.

Антропогенные источники загрязнения атмосферного воздуха:

• предприятия химической, топливной, металлургической, машиностроительной промышленности;
• сельскохозяйственная деятельность (распыление пестицидов с помощью авиации, отходы животноводства);
• теплоэнергетические установки, отопление жилых помещений углём и дровами;
• транспорт (самые «грязные» виды – самолёты и автомобили).

Как определяют степень загрязненности воздуха?

При мониторинге качества атмосферного воздуха в городе учитывают не только концентрацию вредных для здоровья человека веществ, но и временной промежуток их воздействия. Загрязнение атмосферы в Российской Федерации оценивают по следующим критериям:

• Стандартный индекс (СИ) – показатель, полученный в результате деления наибольшей измеренной разовой концентрации загрязняющего материала на предельно допустимую концентрацию примеси.
• Индекс загрязнения нашей атмосферы (ИЗА) является комплексной величиной, при расчёте которой берут во внимание коэффициент вредности вещества-загрязнителя, а также его концентрацию – среднегодовую и предельно допустимую среднесуточную.
• Наибольшая повторяемость (НП) – выраженная в процентах частота превышения предельно допустимой концентрации (максимально разовой) в течение месяца или года.

Уровень загрязнения воздушной среды считается низким, когда СИ меньше 1, ИЗА варьирует в пределах 0–4, а НП не превышает 10%. Среди крупных российских городов, согласно материалам Росстата, самыми экологически чистыми являются Таганрог, Сочи, Грозный и Кострома.

При повышенном уровне выбросов в атмосферу СИ составляет 1–5, ИЗА – 5–6, НП – 10–20%. Высокой степенью загрязнения воздуха отличаются регионы с показателями: СИ – 5–10, ИЗА – 7–13, НП – 20–50%. Очень высокий уровень атмосферной загрязненности наблюдается в Чите, Улан-Удэ, Магнитогорске и Белоярском.

Города и страны мира с самым грязным воздухом

В мае 2016 года Всемирная организация здравоохранения опубликовала ежегодный рейтинг городов с самым грязным воздухом. Лидером списка стал иранский Заболь – город на юго-востоке страны, регулярно страдающий от песчаных бурь. Длится это атмосферное явление около четырёх месяцев, повторяется каждый год. На второй и третьей позиции оказались индийские города-миллионники Гвалияр и Праяг. Следующее место ВОЗ отдала столице Саудовской Аравии – Эр-Рияду.

Замыкает пятёрку городов с самой грязной атмосферой Эль-Джубайль – сравнительно небольшое по численности населения местечко на берегу Персидского залива и в то же время крупный промышленный нефтедобывающий и нефтеперерабатывающий центр. На шестой и седьмой ступеньках вновь оказались индийские города – Патна и Райпур. Основные источники загрязнения атмосферы там – промышленные предприятия и транспорт.

В большинстве случаев загрязнение атмосферы – актуальная проблема для развивающихся стран. Впрочем, ухудшение состояния окружающей среды вызывает не только стремительно растущая индустрия и транспортная инфраструктура, но и техногенные катастрофы. Яркий тому пример – Япония, пережившая радиационную аварию в 2011 году.

Топ-7 государств, где состояние воздуха признано удручающим, выглядит следующим образом:

1. Китай. В некоторых регионах страны уровень загрязнения воздуха превышает норму в 56 раз.
2. Индия. Крупнейшее государство Индостана лидирует по количеству городов с худшей экологией.
3. ЮАР. В экономике страны преобладает тяжёлая промышленность, она же является главным источником загрязнения.
4. Мексика. Экологическая ситуация в столице государства, Мехико, за последние двадцать лет заметно улучшилась, но смог в городе по-прежнему не редкость.
5. Индонезия страдает не только от промышленных выбросов, но и от лесных пожаров.
6. Япония. Страна, несмотря на повсеместное озеленение и использование научно-технических достижений в природоохранной сфере, регулярно сталкивается с проблемой кислотных дождей, смога.
7. Ливия. Главный источник экологических бед североафриканского государства – нефтяная промышленность.

Последствия

Загрязнение атмосферы – одна из основных причин роста числа респираторных заболеваний, как острых, так и хронических. Вредные примеси, содержащиеся в воздухе, способствуют развитию рака лёгких, сердечных болезней, инсульта. По оценкам ВОЗ, из-за загрязнения воздушной среды в мире преждевременно умирает 3,7 млн человек в год. Больше всего таких случаев фиксируют в странах Юго-Восточной Азии и Западного региона Тихого океана.

В крупных промышленных центрах часто наблюдается такое неприятное явление, как смог. Скопление частиц пыли, воды и дыма в воздухе снижает видимость на дорогах, из-за чего учащается количество ДТП. Агрессивные вещества усиливают коррозию металлических конструкций, отрицательно влияют на состояние растительного и животного мира. Наибольшую опасность смог представляет для астматиков, лиц, болеющих эмфиземой, бронхитом, стенокардией, гипертонией, ВСД. Даже у здоровых людей, надышавшихся аэрозолей, может сильно болеть голова, наблюдаться слезотечение и першение в горле.

Насыщение воздуха оксидами серы и азота приводит к образованию кислотных дождей. После осадков с низким уровнем pH в водоёмах гибнет рыба, а выжившие особи не могут дать потомства. Как результат – сокращается видовой и числовой состав популяций. Кислые осадки выщелачивают питательные вещества, тем самым обедняя почву. Они оставляют химические ожоги на листьях, ослабляют растения. Для среды обитания людей такие дожди и туманы также представляют угрозу: кислая вода разъедает трубы, машины, фасады зданий, памятники.

Повышенное количество парниковых газов (углекислого, озона, метана, водяного пара) в воздушной среде приводит к росту температуры нижних слоёв атмосферы Земли. Прямым следствием является потепление климата, наблюдающееся последние шестьдесят лет.

На погодные условия заметно влияют и , образующиеся под воздействием брома, хлора, атомов кислорода и водорода. Помимо простых веществ, молекулы озона могут разрушать также органические и неорганические соединения: производные фреонов, метан, хлороводород. Чем опасно ослабление щита для окружающей среды и человека? Вследствие истончения слоя растёт солнечная активность, что, в свою очередь, ведёт к увеличению смертности среди представителей морской флоры и фауну, росту числа онкологических заболеваний.

Как сделать воздух чище?

Уменьшить загрязнение атмосферы позволяет внедрение на производстве технологий, снижающих объём выбросов. В сфере теплоэнергетики следует делать ставку на альтернативные энергоисточники: строить солнечные, ветряные, геотермальные, приливные и волновые электростанции. На состоянии воздушной среды позитивно сказывается переход к комбинированной выработке энергии и тепла.

В борьбе за чистый воздух важным элементом стратегии является комплексная программа по утилизации отходов. Она должна быть направлена на уменьшение количества мусора, а также его сортировку, переработку или повторное использование. Городское планирование, нацеленное на улучшение среды, в том числе и воздушной, предполагает совершенствование энергоэффективности зданий, строительство велосипедной инфраструктуры, развитие скоростного городского транспорта.

Одна из значительных глобальных проблем – это атмосферное загрязнение Земли. Опасность этого не только в том, что люди испытывают дефицит чистого воздуха, но и в том, что загрязнение атмосферы приводит к климатическим изменениям планеты.

Причины загрязнения воздуха

В атмосферу попадают различные элементы и вещества, которые меняют состав и концентрацию воздуха. Способствуют загрязнению воздуха такие источники:

• выбросы и деятельность промышленных объектов;
• выхлопы автомобилей;
• радиоактивные объекты;
• сельское хозяйство;
• бытовые и .

Во время сжигания топлива, отходов и других веществ, в воздух попадают продукты горения, которые значительно ухудшают состояние атмосферы. Также загрязняет воздух пыль, которая образуется на стройке. На тепловых станциях сгорает топливо, и выделяется значительная концентрация элементов, загрязняющих атмосферу. Чем больше изобретений совершает человечество, тем больше появляется источников загрязнения воздуха и биосферы в целом.

Последствия загрязнения воздуха

Во время сгорания различных видов топлива в воздух попадает углекислый газ. Наряду с другими парниковыми газами, он порождает такое опасное явление нашей планеты, как . Это приводит к разрушению озонового слоя, который в свою очередь защищает нашу планету от интенсивного воздействия ультрафиолетовых лучей. Все это приводит к глобальному потеплению и климатическим изменениям планеты.

Одним из последствий накопления углекислого газа и глобального потепления является таяние ледников. В результате поднимается уровень вод Мирового океана, и в дальнейшем может произойти затопление островов и прибережных зон материков. В некоторых районах постоянным явлением будут наводнения. Погибнут растения, животные и люди.

Загрязняя воздух, различные элементы выпадают на землю в виде . Эти осадки попадают в водоемы, изменяют состав воды, и это становится причиной гибели флоры и фауны в реках и озерах.

На сегодняшний день загрязнение воздуха – это локальная проблема многих городов, которая переросла в глобальную. Сложно найти место в мире, где остался чистый воздух. Кроме негативного влияния на окружающую среду, атмосферное загрязнение приводит к заболеваниям у людей, которые перерастают в хронические, и сокращают продолжительность жизни населения.

Виды загрязнителей атмосферы. По ГОСТ 17.2.1.01-76 выбросы в атмосферу классифицируют: по агрегатному состоянию: 1) газообразные (SО 2 , СО, NO x , углеводороды), 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей, жидкие металлы, органические соединения), 3) твердые аэрозоли (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, пыль, сажа); по массе выброса (т/сутки): 1) < 0,01; 2) 0,01-0,1; 3) 0,1-1; 4) 1-10; 5) 10-100; 6) > 100; по размеру твердых частиц (мкм): 1) до 1; 2) 1-10; 3) 10-50; 4) более 50; по размеру жидких частиц (мкм): 1) < 0,5 — супертонкий туман; 2) 0,5-3 — тонкодисперсный туман; 3) 3-10 — грубодисперсный туман; 4) более 10 — брызги.

В состав аэрозолей обычно входят 4 группы веществ: твердый углерод (сажа), сульфаты, органические соединения, вода.

Особый вид загрязнения атмосферы — радиоактивные нуклиды (см. п. 2.3.6).

Естественное загрязнение атмосферы определяется пожарами, пыльными бурями, извержением вулканов, разрядами молний (синтез оксидов азота). Примеры: извержение вулкана Кракатау в 1883 г., закрывшее пылью большую часть неба Земли; пыльная буря 1975 г. в пустыне Сахара, достигшая земель Югославии.

Основные источники антропогенного загрязнения атмосферы. В развитых странах основное загрязнение атмосферы создают теплоэнергетика (тепловые электростанции), промышленность (металлургические и цементные заводы) и автотранспорт. В России в 90-х гг. ежегодные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу достигали 40 Мт (около 6% мировых выбросов), в том числе от стационарных источников — около 20 Мт. Из них доля выбросов теплоэнергетики составляла 27%, черной и цветной металлургии — 35, нефтедобычи и нефтехимия — 15, стройиндустрии — 8, химической промышленности — 2%. Доля транспорта — 30-35% от общей массы выбросов, в том числе автотранспорта — 95%, самолетов — 2,5, водного транспорта — 2,5%. В США основным загрязнителем воздуха является автотранспорт — более 50%.

Промышленные загрязнения преимущественно связаны с переработкой или сжиганием каменного и бурого угля. Так, при коксовании 1 т угля образуется около 300 м 3 коксового газа. Он помимо водорода и метана, которые составляют 70-90% его общего объема, содержит около 4-5% СО, 2-3% углеводородов, 5-10% азота и его соединений. Около 6% газа теряется и поступает в атмосферу.

При выплавке 1 т чугуна выброс пыли составляет около 4,5 кг, сернистого газа — 2,7 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу также выбрасываются в небольших количествах соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и др. Учитывая большие объемы выплавляемого чугуна (сотни миллионов тонн), масштабы загрязнения воздуха металлургическими заводами велики.

Однако в больших масштабах воздух загрязняется пылью, оксидами серы и азота, другими вредными веществами при сжигании угля на тепловых электростанциях. Так, современная тепловая электростанция мощностью 2,4 млн кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу около 680 т оксидов серы, 200 т оксидов азота, 120-240 т твердых частиц (зола, сажа, пыль).

Химическая промышленность загрязняет атмосферу токсичными газами. Последствия их воздействия на биосферу, человека иногда трагичны. В 1984 г. в г. Бхопале в Индии при аварии на электростанции в воздух поступило 40 т токсичных газов, что привело к смерти 2,5 тыс. чел. и заболеванию более 50 тыс. чел. В мексиканском городе Сегодад за счет ядовитого воздуха, принесенного с территории США, произошли массовые отравления детей ртутью, содержащейся в виде взвеси. Умерло 8 тыс. чел.

Основным загрязнителем городской атмосферы является автотранспорт — 30-70%. Суммарная мощность автомобильных двигателей больше мощности тепловых станций. В СССР выбросы вредных веществ автомобилями (на 80-90% грузовыми) составляли (млн т/год): в 1960 г. — около 10, в 1970 г. — 22, в 1980 г. — 39. Автомобили мира в 80-х гг. ежегодно выбрасывали в атмосферу (млн т/год): СО — 260, углеводородов — 40, оксидов азота — 20. В крупных городах мира (Нью-Йорк, Москва, Токио и др.) автомобильная доля загрязнения воздуха оксидом углерода составляет 90-99%, углеводородами — 65-90%, оксидами азота — до 33%. И степень этого загрязнения с увеличением автомашин грозит создать в городах нездоровые условия жизни, в отдельных случаях — смертельные, особенно когда добавляются иные промышленные выбросы.

В крупных городах с большой плотностью автотранспорта и котельных, сжигающих каменный уголь, нефтяные продукты, при застое воздуха образуется смог — смесь дыма с ядовитым туманом. Он содержит высокие, опасные для жизни людей концентрации угарного газа СО, оксидов серы, азота и их соединений.

Примеры. 1. В Лос-Анджелесе до 60 дней в году наблюдается сильный фотохимический туман из-за загрязнения воздуха автотранспортом. При этом за счет фотореакции образуются нитраты, озон, органические перооксиды, пероксилацетилнитрат. 2. В г. Доноре (США) 26 октября 1948 г. густой туман — смог — окутал на двое суток дома. Заболело около 6 тыс. чел., 20 чел. умерли. 3. В Лондоне в декабре 1952 г. за 3-4 дня от смога пострадали более 4 тыс. чел. Главным вредным компонентом был оксид серы SO2.

Смоги и кислотные дожди — примеры негативного воздействия человека на природу. Оно принимает все более угрожающий характер.

Общая масса антропогенного загрязнения атмосферы составляет около 700 Мт/год. Данные по массе веществ, приведенные в таблице 2.1, ориентировочны, поскольку они весьма различны у разных авторов. Это обусловлено большими колебаниями природных и антропогенных выбросов. При сжигании топлива также образуются пары воды и СО 2 . Их к вредным веществам не относят.

Таблица 2.1. Масса веществ, в основном загрязняющих в атмосферу, Мт/год

Почти половина антропогенного загрязнения атмосферы СО, NOx, SO 2 , углеводородами связана с выхлопами автотранспорта, количество машин которого в мире составляет около 500 млн И доля этих загрязнений возрастает, так как постоянно растет число автомобилей.

СО. Его основной антропогенный источник — более 80%выхлопные газы автомашин (~260 Мт/год). Они содержат его до 15%. В природе основной источник СО — лесные пожары.

SO 2 . Человек его получает обычно при сжигании угля (70%) и мазута (16%). Природный источник — действующие вулканы.

NO x — NO и NO 2 . Образуются при грозах и работе двигателей.

Углеводороды C n H x . Их главный источник — растения (~1000 Мт/год). Основной антропогенный источник — выхлопные газы автотранспорта (более 60%).

Влияние загрязнения атмосферы на человека, фауну и флору В организм человека и многих животных загрязнители атмосферы попадают преимущественно (на 90%) через систему дыхания. В организме вредные примеси вызывают токсический эффект, являются помехой для очистки дыхательного тракта, могут быть носителями ядовитых веществ. Основные виды заболеваний от загрязнения воздуха: бронхиты, астма, поражение верхних дыхательных путей, эмфизема легких; сердечно-сосудистые заболевания; болезни глаз.

Примеры. СО соединяется с гемоглобином крови. При его концентрации больше 0,4% ухудшается острота зрения, при 2-5% происходит поражение психомоторных функций головного мозга, при 5-10% нарушается деятельность сердца и легких, а при 10% и больше наступает головная боль, спазмы, паралич легких, смерть. Оксиды серы SO 2 , SO 3 и серная кислота также приводят к заболеваниям дыхательных путей и легких. Кислые дожди наносят большой вред растительности, часто губят ее на больших территориях, вдали от источников загрязнения. Оксиды азота и продукты их взаимодействия с углеводородами, типа пероксилацетилнитрата (ПАН) вызывают воспаление глаз, спазмы грудной клетки, сильный кашель.

Проблема озона О 3 . Считается, что слой озона в атмосфере на высоте 20-60 км служит щитом для живых организмов, предохраняя их от губительного жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Предполагают, что он сильно поглощает ультрафиолетовую радиацию с длинами волн 0,22-0,29 мкм (220-290 нм). Удельное содержание О 3 (P озo на/P в о зд.) "10 6 составляет в северном полушарии от 0,029% (1961-1962 гг.) до 0,031% (1972-1974 гг.). В течение года максимум концентрации озона наблюдается весной, в апреле (0,033-0,035%), а минимум осенью, в октябре (0,027%).

Циклическое изменение содержания озона объясняются: 11-летним циклом солнечной активности; циркуляцией атмосферы, которая приводит к переносу в высокие слои атмосферы оксидов азота, хлора, фреонов, а они катализируют процесс разложения О3 до О 2 . Однако здесь много неясного. Так, во-первых, молекулы указанных катализаторов в несколько раз тяжелее молекул воздуха (О2 и N 2) и их подъем в высокие слои атмосферы маловероятен. Вовторых, на высоте более 20 км атмосфера очень разрежена, концентрация молекул воздуха весьма мала и встреча их и продуктов реакции с частицами катализатора — это исключительное событие. В-третьих, непонятен сам механизм фотохимической реакции ультрафиолета с молекулами озона, поскольку дальше атомы озона, в отличие от атомов кислорода, окисляться (терять электроны) не могут. В-четвертых, образование озонных дыр в полярных областях легко объяснить низким или полным отсутствием (в полярную ночь) потока солнечного ультрафиолетового излучения, вызывающего генерацию озона из кислорода. Иными словами, ультрафиолетовое излучение скорее поглощает кислород, а не озон, и озоновые дыры никому не грозят.