Электронная онлайн библиотека

 
 Экология и охрана окружающей природной среды

2.5.1. Источники, масштабы и последствия загрязнения атмосферы


Атмосфера всегда содержит определенное количество примесей, которые обусловлены природными и антропогенными источниками. К числу примесей, которые выделяются природными источниками, относятся: пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, вследствие эрозии почвы, частицы морской соли и т.д.); туман, дым, дым от лесных и степных пожаров; газы вулканического происхождения; разнообразные продукты растительного, животного, микробиологического происхождения. Природные загрязнители бывают распределенными, например, выпадение космической пыли, или кратковременными стихийными, например, лесные и степные пожары, извержения вулканов и т.д. Уровень загрязнения атмосферы природными источниками является фоновым и незначительно меняется с течением времени.

Еще пятьдесят лет назад природа довольно успешно ликвидировала различные загрязнения, поскольку атмосфера имеет мощные свойства самоочищения, но сейчас она с этой задачей уже не справляется.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются природные, промышленные и бытовые процеси. их объединяют в следующие группы:

- загрязнители природного происхождения (минеральные, растительные, животные, микробиологические);

- загрязнители, которые образуются при сгорании топлива для нужд промышленности, отопления жилых домов, при работе всех видов транспорта.

- загрязнители, которые образуются в результате промышленных выбросов.

- загрязнители, обусловленные сгоранием и переработкой бытовых и промышленных отходов.

За последние несколько лет в мире сжигается в среднем 10 млрд тонн топлива в год. При этом выбрасывается 22 млрд тонн углекислого газа, 150 млн тонн двуокиси серы, около 300 млн тонн оксида углерода, 50 млн тонн оксида азота, 200-700 млн тонн пыли и дыма и много других веществ, с которыми поступают в атмосферу вредные, болезнетворные, в том числе канцерогенные и мутагенные вещества.

Наиболее распространенными токсичными веществами, которые загрязняют атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы SO2 в, оксид азота NO, углеводороды СпНм и пыль. Основные источники загрязнения атмосферы и их ежегодные выбросы приведены в табл. 2.14.

Таблица 2.14. Источники выбросов в атмосферу

Примеси Основные источники Среднегодовая концентрация в воздухе, мг/м*

природные антропогенные
Твердые частицы (зола, пыль и др.) Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары и т. п. Спалюванняпалива в промышленных и побутовихустановках В городах - 0,04-0,4
SO2 Вулканические извержения, окисления серы, сульфатов, рассеянных в море То же В городах - до 1,0
NOx Лесные пожары Промышленность, автотранспорт, теплоэлектростанции В промышленно развитых регионах - до 0,2
СО Лесные пожары, выделение океанов, окисления терпенов Автотранспорт, промышленные энергоустановки, черная металлургия В городах - от 1 до 50
Летучие углеводороды Лесные пожары, природный метан, природные терпены Автотранспорт, допалюваннявідходів, испарения нефтепродуктов В промышленно развитых регионах-до 3,0
Полициклические, ароматические углеводороды - Автотранспорт, химические заводы, нефтеперерабатывающие заводы В промышленно развитых регионах - до 0,01

Кроме упомянутых выше веществ и пыли в атмосферу выбрасываются и другие, более токсичные вещества (табл. 2.15). Сейчас насчитывается более 500 вредных веществ, которые загрязняют атмосферу, и их количество растет.

Таблица 2.15. Количество ежегодных выбросов в атмосферу

Вещество Выбросы, млн тонн Доля антропогенных примесей от общих поступлений
природные антропогенные
Твердые частицы 3700 1000 27
SOx 650 100 13,3
N0x 770 53 6,5
СО 5000 304 5,7
СпНм 2600 8 3,3
CO2 485000 18300 3,6

Высокие концентрации примесей и их миграция в атмосферном воздухе приводят к образованию более токсичных веществ (смог, кислоты) или до таких явлений, как парниковый эффект и разрушение озонового слоя.

Общая схема реакций образование фотохимического смога достаточно сложная и в упрощенном виде может быть представлена такими реакциями:

NO2 + hv → NO +O

O + O2 → O3

CnHm + O → ГОСПОДИН (пероксіацилнітрати)

CnHm + O3 → ГОСПОДИН (пероксіацилнітрати)

Смог довольно токсичен, поскольку его состав находится в следующих пределах: 08 - 60 ... 75%; ГОСПОДИН, Н2о2-альдегиды и т.д . - 25 ... 40%.

Основная масса загрязнений воздуха приходится на сжигание органических энергоносителей (угля, нефти, газа, торфа, сланцев, древесины), в городах до 60% загрязнений дает автотранспорт. Загрязнение воздуха стало большой социальной и экономической проблемой для многих развитых стран, особенно для крупных городов, промышленных агломератов. Сегодня в городах загрязнение воздуха в 15 раз выше, чем в сельской местности, и в 150 раз выше, чем над океаном. В промышленных районах за сутки выпадает свыше 1 тонны пыли на 1 км2, в загрязненных городах за год - более 1 кг/м2 пыли и сажи.

Пыль состоит из частиц угля и пепла, а сажа из частиц угля или других видов топлива, которые не сгорели.

Настоящим бедствием для городов являются автомобили. Более 300 млн автомашин ежедневно выбрасывают в воздух 800 тыс. тонн окиси углерода, 1 тыс. тонн свинца. Большинство из 200 компонентов выхлопных газов автомашин пагубно влияет на организм человека, а оксид азота является одним из компонентов смога.

Химические реакции, которые происходят в воздухе, приводят к возникновению дымных туманов - смогов. Смоги возникают при следующих условиях: во-первых, большого количества пыли и газов, которые города выбрасывают в воздух, во-вторых, долгого существования антициклонов, когда загрязнители накапливаются в приземном слое атмосферы. Смоги бывают нескольких типов. Наиболее изучен влажный смог. Он характерен для стран с морским климатом, где очень часто наблюдаются туманы и высокая влажность воздуха. Сухой, или лос-анджелеского типа, смог отличается от влажного смогу своими свойствами. Климат в Лос-Анджелесе (США) сухой, поэтому смог здесь образует не туман, а синеватую мглу.

За четыре дня Лондонского смога в 1952 году погибли более 4 тыс. человек.

Американец Луис Батонн в книге "Чистое небо" писал: "Одно из двух - или люди сделают так, что будет в воздухе меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей".

Третий вид смога - ледяной смог, или смог аляскинського типа. Он возникает в Арктике и Субарктиці при низких температурах в антициклоне. Смоги характерные для таких городов, которые расположены в горных котловинах, где воздух застаивается, например, в Лос-Анджелесе, Нью-Йорке, Чикаго, Токио, Милане.

Особенно опасны сернистые соединения и оксиды азота, которые вызывают кислотные дожди. Кислотные дожди стали весьма распространенным явлением, причем они могут выпадать на расстоянии многих сотен и тысяч километров от источника первоначального выброса вещества.

Кислотные дожди привели к закисления среды на больших территориях Европы и Северной Америки. Здесь показатель кислотности осадков рН в 4,5, тогда как его обычное значение - 5,6-5,7.

Кислотные дожди оставляют на листьях деревьев черные пятна, закислюють озера и грунты, меняют их химический оклад. Так, за последние десять лет в Швеции с 90 тыс. озер закислено 20 тыс, в Канаде - 50 тыс. Около половины озер в Норвегии мертвые, там погибла рыба (рН = 5). Серьезно поражены кислотными дождями около 1 млн га вечнозеленых лесов в Центральной Европе, около 100 тыс. га погибают. Кислотные осадки усиливают коррозию различных материалов и конструкций. Особенно опасны они для уникальных исторических памятников, в частности мраморных.

Процесс закисления осадков продолжается. Расчеты показывают, что при постоянных концентрации оксида серы 80 мкг/м3 и оксидов азота 50 мкг/м3, что соответствует предельно допустимым концентрациям этих веществ в большинстве промышленно развитых стран, рН осадков составляет 2,7. Если бы такие дожди выпадали постоянно, то все живое погибло бы. Очевидно, это и является пределом закисления.

Промышленные выбросы в атмосферу нарушающих озоновый слой, который, словно щит, прикрывающий Землю от сильного ультрафиолетового облучения. Обнаружено резкое уменьшение слоя озона над Антарктидой - своеобразную "озоновую дыру". Содержание озона над Антарктидой все уменьшается, пределы "озоновой дыры" расширяются. "Озоновая дыра" существует не постоянно, а около месяца в год, преимущественно в октябре. Она расширяется в сторону Австралии, Южной Америки и Африки, что вызывает тревогу. В декабре 1986 года по этому поводу был проведен международный семинар метеорологов и геофизиков. Демонстрировались научные фильмы, которые показали, что "озоновая дыра" - это гигантский атмосферный вихрь, который циркулирует против часовой стрелки. Относительно причин этого явления есть три предположения:

- взаимодействие оксидов азота с озоном;

- реакция антропогенного хлора с озоном;

- антропогенные фреоны реагируют с озоном.

Фреон-12, фреон-11 содержат углерод, фтор и хлор. Они работают в холодильниках, баллонах с лаком, дезодорантах и под воздействием ультрафиолетовых лучей разлагаются, а молекулярный хлор разрушает озон каталитически. Если выброс фреона в атмосферу не прекратить, то количество озона в 2000 году уменьшится на 10%. Резко возрастет ультрафиолетовое облучение, заметно возрастет количество заболеваний раком кожи у людей и животных.

Постоянное увеличение количества сжигаемого органического топлива приводит к повышению концентрации С02 в атмосферном воздухе. В 1860 году его содержимое составлял 0,027%, в начале XX ст. - 0,029%, а сегодня - 0,034%. Прогнозы показывают, что к середине XXI в. его содержимое удвоится" Это приведет к резкому усилению парникового эффекта. Моделирование на ЭВМ показало, что к этому времени средняя температура на планете повысится на 2-4 С, в умеренных широтах - на 10-15 градусов С, и в Арктике - на 15-20 градусов С. Во Львове средняя температура января -5 ос будет достигать +5 - +10 С, июля - +18? С и даже может вырасти до +28-1-33. Что же ожидает человечество, если дождь будет лишь 100-200 мм в год, к тому же кислотных?

Возникают еще две не менее опасные проблемы: потепление в Арктике и Антарктике приведет к быстрому таянию ледников. Если их объем уменьшится на 50%, то уровень Мирового океана поднимется на 25-35 м. Многие прибрежные города будут затоплены водой. Изменение климата будет сопровождаться изменением погодных условий, которые даже трудно предсказать. Настоящим экологическим катаклизмом на планете является засуха в Африке, где пустыня наступает на саванну со скоростью 50 км в год вместо 1 км в год в прошлом.

Охрана природы неразрывно связана также с борьбой против термоядерной войны. Ведь она угрожает человечеству не только физическим истреблением, а и ужасными изменениями климата, которые произойдут после нее. Ученые многих стран мира провели моделирование последствий термоядерной войны на ЭВМ, которое получило название "ядерной зимы". Опубликовано несколько сценариев. В первый день войны в северном полушарии (здесь проживает 85% населения мира) в атмосферу поднимется 300 млн тонн дыма и пыли. В течение недели на поверхность планеты будет доходить менее 1% солнечного света, а в течение следующих трех недель - не более чем 10%.

Содержание озона уменьшится на 50%, что увеличит поступления ультрафиолетовых лучей до смертельных для человека доз. Если война произойдет весной или летом, температура на 20-30 ОС снизится, то есть лето превратится на зиму. Низкая температура будет держаться несколько месяцев, что нарушит нормальный ход процессов фотосинтеза. Люди будут гибнуть от голода, ядовитых газов,

которые образуются во время пожаров, кислотных дождей и радиоактивного заражения.

Ядерную войну можно вызвать с помощью лазерных установок с термоядерным заправкой. Несколько сотен таких лазеров, направив на Землю тысячи смертоносных лучей, могут вызвать гигантские пожары городов и сел. Эффект от этого может быть таким же катастрофическим, как от атомного взрыва.



Назад