Атмосфера и ее загрязнение

 

 

Вследствие  деятельности человека в атмосферу  поступают углекислый газ СО₂ и угарный газ СО, диоксид серы SO₂ метан СН₄, оксиды азота NO₂,  NO и N₂O. При использовании аэрозолей в атмосферу поступают хлорфторуглероды, в результате работы транспорта—углеводороды (бенз(а)пирен и др.).

Наиболее  массовые загрязнители, вырабатываемые всеми техногенными источниками  в атмосферу Земли, представлены в таблице ниже.

Загрязнители, выбрасываемые всеми  техногенными источниками в атмосферу  Земли (90-е гг. XX в.)

 

Загрязнители	Млн. т/год
Твердые частицы дыма и промышленная пыль	580
Окислы углерода	360
Летучие углеводороды и другая органика	320
Окислы серы	160
Окислы азота	110
Соединения фосфора	18
Сероводород	10
Аммиак	8
Хлор	1
Фтористый водород	1

 

Вещества, загрязняющие атмосферу, подразделяют также на первичные и вторичные. Первичные — это вещества, содержащиеся непосредственно в выбросах предприятий и поступающие с ними от разных источников. Вторичные являются продуктами трансформации первичных или вторичного синтеза. Они нередко более опасны по сравнению с первичными веществами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Химическое  загрязнение атмосферы

 

Человек загрязнял атмосферу тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительными. Получаемое тепло ценилось человеком выше, чем  чистый воздух. Начальное загрязнение  воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали небольшими группами, сохраняя нетронутой природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольших  территориях не сопровождалось серьезными последствиями. За последние 100 лет ситуация значительно ухудшилась.

В настоящее время выделяются три основные источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха в разных регионах различна. Общепризнано, что наиболее сильно загрязняют воздух теплоэлектростанции, вместе с дымом выбрасывающие в воздух сернистый и углекислый газ, а также металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, в результате деятельности которых в воздух попадают оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка. В этот список можно поместить, кроме того, химические и цементные заводы.

Атмосферные загрязнители подразделяют на первичные, поступающие непосредственно  в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, сернистый газ окисляется в атмосфере 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 загрязнители.

Основным источником пирогенного  загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные  установки, потребляющие более 170 % ежегодно добываемого твердого и жидкого  топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. 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. 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. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 км³ пылевидных частиц искусственного происхождения. Также большое количество пылевых частиц образуется в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже.

 

Источники техногенной  пыли

 

Производственный процесс	Выброс пыли, млн т / год
1 Сжигание каменного угля	936000
2 Выплавка чугуна	20,210
3 Выплавка меди (без очистки)	62300
4 Выплавка цинка	1800
5 Выплавка олова (без очистки)	44
6 Выплавка свинца	1300
7 Производство цемента	533700

 

  Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, 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 асбеста. Еще большее разнообразие свойственно для органической пыли, включающей алифатические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из отложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности и 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.м³ условного оксида углерода и более 150 т пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шахт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнениям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнениями после контакта с солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы, часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое атмосферы.

Обычно это происходит в тех  случаях, когда в слое воздуха  непосредственно над источниками  газопылевой эмиссии существует инверсия - расположение слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у поверхности земли резко возрастает, что становится одной из причин образования фотохимического тумана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Фотохимический  туман (смог)

 

Фотохимический  туман представляет собой многокомпонентную  смесь газов и аэрозольных  частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, названные в совокупности фотооксидантами. 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 и в течение не менее суток повышенной инверсии.

Такие условия  создаются чаще в июне - сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются 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. 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Экологические  последствия загрязнения атмосферы

 

Загрязнение атмосферного воздуха  воздействует на здоровье человека и  на окружающую природную среду различными способами — от прямой и немедленной  угрозы (смог и др.) до медленного и  постепенного разрушения различных  систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной  среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что  регулятор-ные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабатывает.

 

1. Парниковый  эффект

 

Быстрыми  темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти  газы обусловливают «парниковый  эффект» 

Они пропускают солнечный свет, но частично задерживают  тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере углекислого газа выросла на 25%, а метана — на 100%. Это сопровождалось глобальным повышением температуры. Так, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5—0,6 С. На Земле, по прогнозам, средняя температура к 2000 году повысится на 1,2°С, а в ближайшие 50 лет — на 2—5°С по сравнению с доин-дустриальной эпохой.

 

 

1— нагревание земной поверхности; 2 — отражение теплового излучения Земли

вследствие загрязнения  атмосферы

Потепление  может привести к интенсивному таянию ледников и повышению на 0,5—1,5 м уровня Мирового океана, при этом окажутся затопленными многие густонаселенные прибрежные районы. Однако при общем увеличении количества осадков в центральных районах материков климат может стать более засушливым. Например, в 80—90-х гг. XX в. в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, которые связывают с глобальным потеплением. Нужно учитывать и высокую опасность для здоровья людей насыщения воздуха (особенно актуально для крупных, промышленных городов) диоксидом углерода. При высоких концентрациях в атмосферном воздухе СОд наступают отравления, первыми симптомами которых являются головные боли, тошнота, чувство слабости. Некоторые люди, страдающие анемиями и сердечно-сосудистыми заболеваниями, обладают повышенной чувствительностью к воздействию СО₂. Установлено, что загрязнение атмосферы оказывает отрицательное воздействие на животных, сельскохозяйственные культуры. Эти вопросы более подробно будут рассмотрены в дальнейшем.

 

1.    Нарушение  озонового слоя

 

С антропогенными изменениями атмосферы связано  и разрушение озонового слоя, который  является защитным экраном от ультрафиолетового  излучения. Особенно быстро процесс  разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где появились  так называемые озоновые дыры. В 1987 г. зарегистрирована расширяющаяся год от года (темпы расширения — 4% в год) озоновая дыра над Антарктикой (выходящая за контуры материка) и менее значительное аналогичное образование в Арктике. Исследованиями в течение 1969—1986 гг. установлено, что наибольшее уменьшение общего количества озона в зоне 53—64° с. ш. наблюдалось в зимние месяцы.

 

Опасность истощения  озонового слоя заключается в  том, что может снизиться поглощение губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения. Ученые считают, что основной причиной истощения озонового слоя (экрана) является применение людьми хлорфторуглеродов (фреонов), которые широко используются в быту и производстве в виде аэрозолей, дореагентов, пенообразователей, растворителей и т. д. В 1990 г. мировое производство озоноразрушающих веществ составляло более 1300 тыс. т. Хлорфторуглероды (CFC1₃ и СР₂С1₂), попадая в атмосферу, разлагаются в стратосфере с выделением атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород. В нижних слоях атмосферы фреоны могут сохраняться в течение десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу, где в настоящее время их содержание ежегодно увеличивается на 5 %. Предполагается, что одной из причин истощения озонового слоя может быть и сведение лесов как продуцентов кислорода на Земле.

 

2. Кислотные  дожди

 

Кислотные дожди — это следствие  загрязнения воздуха. Дым, образующийся при сжигании угля, нефти и бензина, содержит газы — двуокись серы и  двуокись азота. Эти газы попадают в  атмосферу, где растворяются в капельках  воды, образуя слабые растворы кислот, которые затем выпадают на землю  с дождем. Кислотные дожди вызывают гибель рыбы и наносят ущерб лесам  в Северной Америке и Европе. Они  также портят посевы сельскохозяйственных культур и даже воду, которую мы пьем.

Растениям, животным и зданиям кислотные  дожди наносят вред. Воздействие  их особенно ощутимо вблизи городов  и промышленных зон. Ветер переносит  облака с капельками воды, в которых  растворены кислоты, на большие расстояния, поэтому кислотные дожди могут  выпадать за тысячи километров от того места, где первоначально зародились. Например, большинство кислотных  дождей, выпадающих в Канаде, вызвано  дымом заводов и электростанций США. Последствия кислотных дождей вполне понятны, однако механизма их возникновения в точности никто  не знает.