Отрицательное влияние загрязненной
атмосферы на почвенно-растительный
покров связано как с выпадением
кислотных атмосферных осадков,
вымывающих кальций, гумус и микроэлементы
из почв, так и с нарушением процессов
фотосинтеза, приводящих к замедлению
роста гибели растений. Высокая чувствительность
деревьев (особенно березы дуба) к загрязнению
воздуха выявлена давно. Совместное действие
их факторов приводит к заметному уменьшению
плодородия почв и исчезновению лесов.
Кислотные атмосферные осадки рассматриваются
сейчас как мощный фактор не только выветривания
горных пород и ухудшения качества несущих
грунтов, но и химического разрушения
техногенных объектов, включая памятники
культуры и наземные линии связи. Во многих
экономически развитых странах в настоящее
время реализуются программы по решению
проблемы кислотных атмосферных осадков.
В рамках Национальной программы по оценке
влияния кислотных атмосферных осадков,
утвержденной в 1980 году. Многие федеральные
ведомства США начали финансировать исследования
атмосферных процессов, вызывающих кислотные
дожди, с целью оценки влияния последних
на экосистемы и выработки соответствующих
природоохранных мер. Выяснилось, что
кислотные дожди оказывают многоплановое
воздействие на окружающую среду и являются
результатом самоочищения (промывания)
атмосферы. Основные кислотные агенты
- разбавленные серная и азотная кислоты,
образующиеся при реакциях окисления
оксидов серы и азота с участием пероксида
водорода.
Исследованиями в центральной
части Европейской России установлено,
что снеговые воды здесь имеют,
как правило, близнейтральную
или слабо щелочную реакцию.
На этом фоне выделяются районы
как кислотных, так и щелочных атмосферных
осадков. Снеговые воды с нейтральной
реакцией характеризуются низкой буферностъю
и поэтому даже незначительное повышение
концентраций в приземной атмосфере оксидов
серы и азота может привести к выпадению
кислотных атмосферных осадков на обширных
территориях. Прежде всего это касается
крупных заболоченных низменностей, в
которых происходят накопление загрязняющих
веществ атмосферы вследствие проявления
низинного эффекта аврального осаждения.
Процессы и источники
загрязнения приземной атмосферы многочисленны
и разнообразны. По происхождению они
подразделяются на антропогенные и природные.
Среди антропогенных к наиболее опасным
процессам относятся сгорание топлива
и мусора, ядерные реакции при получении
атомной энергии, испытаниях ядерного
оружия, металлургия и горячая металлообработка,
различные химические производства, в
том числе переработка нефти и газа, угля.
При процессах сгорания топлива
наиболее интенсивное загрязнение
приземного слоя атмосферы происходит
в мегаполисах и крупных городах, промышленных
центрах ввиду широкого распространения
в них автотранспортных средств, ТЭЦ, котельных
и других энергетических установок, работающих
на угле, мазуте, дизельном топливе, природном
газе и бензине. Вклад автотранспорта
в общее загрязнение атмосферного воздуха
достигает здесь 40-50 %. Мощным и чрезвычайно
опасным фактором загрязнения атмосферы
являются катастрофы на АЭС (Чернобыльская
авария) и испытания ядерного оружия в
атмосфере. Это связано как с быстрым разносом
радионуклидов на большие расстояния,
так и с долговременным характером загрязнения
территории.
Высокая опасность химических
и биохимических производств
заключается в потенциальной
возможности аварийных выбросов
в атмосферу чрезвычайно токсичных
веществ, а также микробов и вирусов,
которые могут вызвать эпидемии среда
населения и животных.
Главный природный процесс
загрязнения приземной атмосферы
- вулканическая и флюидная активность
Земли. Специальными исследованиями
установлено, что поступление
загрязняющих веществ с глубинными
флюидами в приземной слой атмосферы имеет
место не только в областях современной
вулканической и газо-термальной деятельности,
но и в таких стабильных геологических
структурах, как Русская платформа. Крупные
извержения вулканов приводят к глобальному
и долговременному загрязнению атмосферы,
о чем свидетельствуют летописи и современные
наблюдательные данные (извержение вулкана
Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это
обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы
"мгновенно" выбрасываются огромные
количества газов, которые на большой
высоте подхватываются движущимися с
высокой скоростью воздушными потоками
и быстро разносятся по всему земному
шару. Продолжительность загрязненного
состояния атмосферы после крупных вулканических
извержений достигает нескольких лет.
В ряде случаев из-за наличия в воздухе
большой массы рассеянных тонкодисперсных
твердых аэрозолей здания, деревья и другие
предметы на поверхности Земли не давали
тени. Необходимо отметить, что в снеговых
выпадениях многих районов Европейской
России эколого-геохимическим картированием
выявлены аномально высокие концентрации
фтора, лития, сурьмы, мышьяка, ртути, кадмия
и других тяжелых металлов, которые приурочены
к узлам сочленения активных глубинных
разломов и имеют, вероятно, природное
происхождение. В случае сурьмы, фтора,
кадмия такие аномалии имеют значительный
размер.
Эти данные указывают на
необходимость учета современной
флюидной активности и других
природных процессов в загрязнении
приземной атмосферы Русской
равнины. Имеются основания полагать,
что в воздушных бассейнах Москвы, Санкт-Петербурга
также присутствуют химические элементы
(фтор, литий, ртуть и др.), поступающие
с глубины по зонам активных глубинных
разломов. Этому способствуют глубокие
депрессионные воронки, обусловившие
уменьшение гидростатического давления
и подток снизу газоносных вод, а также
высокая степень нарушенности подземного
пространства мегаполисов.
Малоизученным, но важным
в экологическом отношении природным
процессом глобального масштаба
являются фотохимические реакции
в атмосфере и на поверхности Земли. Особенно
это касается сильно загрязненной приземной
атмосферы мегаполисов, крупных городов
и промышленных центров, в которых часто
наблюдаются смоги.
Следует учитывать воздействие
на атмосферу космических тел в
виде комет, метеоритов, болидов и астероидов.
Тунгусское событие 1908 года показывает,
что оно может быть интенсивным и иметь
глобальный масштаб.
Природные загрязнители приземной
атмосферы представлены главным
образом оксидами азота, серы,
углерода, метаном и другими углеводородами,
радоном, радиоактивными элементами и
тяжелыми металлами в газообразной и аэрозольной
формах. Твердые аэрозоли выбрасываются
в атмосферу не только обычными, но и грязевыми
вулканами.
Специальными исследованиями
установлено, что интенсивность аэрозольных
потоков грязевых вулканов Керченского
полуострова не уступает таковой "спящих"
вулканов Камчатки. Результатом современной
флюидной активности Земли могут быть
сложные соединения типа предельных и
непредельных полициклических ароматических
углеводородов, сульфида карбонила, формальдегида,
фенолов, цианидов, аммиаков. Метан и его
гомологи зафиксированы в снеговом покрове
над месторождениями углеводородов в
Западной Сибири, Приуралье, на Украине.
В урановой провинции Атабаска (Канада)
по высоким концентрациям урана в хвое
черной канадской ели обнаружена Уолластоунская
биохимическая аномалия размером 3 000 км2,
связанная с поступлением в приземной
слой атмосферы урансодержащих газовых
эманации по глубинным разломам.
При фотохимических реакциях
образуются озон, серная и азотная
кислоты, разнообразные фотооксиданты,
сложные органические соединения
и эквимолярные смеси сухих
кислот и оснований, атомарный
хлор. Фотохимическое загрязнение
атмосферы заметно возрастает
в дневное время и в периоды солнечной
активности.
В настоящее время в приземной
атмосфере находятся многие десятки
тысяч загрязняющих веществ антропогенного
происхождения. Ввиду продолжающегося
роста промышленного и сельскохозяйственного
производства появляются новые
химические соединения, в том числе сильно
токсичные. Главными антропогенными загрязнителями
атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных
оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи
являются сложные органические, хлорорганические
и нитросоединения, техногенные радионуклиды,
вирусы и микробы. Наиболее опасны широко
распространенные в воздушном бассейне
России диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид,
сероуглерод. Тяжелые металлы находятся
в приземной атмосфере Подмосковья преимущественно
в газообразном состоянии и поэтому их
нельзя уловить фильтрами. Твердые взваленные
частицы представлены главным образом
сажей, кальцитом, кварцем, каолинитом,
полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами.
В снеговой пыли специально разработанными
методами обнаружены окислы, сульфаты
и сульфиты, сульфиды тяжелых металлов,
а также сплавы и металлы в самородном
виде.
В Западной
Европе приоритет отдается 28 особо
опасным химическим элементам,
соединениям и их группам. В
группу органических веществ
входят акрил, нитрил, бензол, формальдегид,
стирол, толуол, винилхлорид, а неорганических
- тяжелые металлы (As, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, V), газы
(угарный газ, сероводород, оксиды азота
и серы, радон, озон), асбест. Преимущественно
токсическое действие оказывают свинец,
кадмий. Интенсивный неприятный запах
имеют сероуглерод, сероводород, стирол,
тетрахлорэтан, толуол. Ореол воздействия
оксидов серы и азота распространяется
на большие расстояния. Вышеуказанные
28 загрязнителей воздуха входят в международный
регистр потенциально токсичных химических
веществ.
Основные
загрязнители воздуха жилых помещений
- пыль и табачный дым, угарный
и углекислый газы, двуокись азота,
радон и тяжелые металлы, инсектициды,
дезодоранты, синтетические моющие
вещества, аэрозоли лекарств, микробы
и бактерии. Японские исследователи показали,
что бронхиальная астма может быть связана
с наличием в воздухе жилищ домашних клещей.
По данным
изучения пузырьков газа во
льдах Антарктиды, содержание метана
в атмосфере за последние 200
лет увеличилось. Измерения в начале
1980-х годов содержания угарного газа в
воздушном бассейне штата Орегон (США)
в течение 3,5 лет показали, что оно возрастало
в среднем на 6 % в год. Имеются сообщения
о тенденции повышения в атмосфере Земли
концентрации углекислого газа и связанной
с ней угрозы парникового эффекта и потепления
климата. В ледниках вулканического района
Камчатки обнаружены как современные,
так и древние канцерогены (ПАУ, бенз(а)пирен
и др.). В последнем случае они имеют, по-видимому,
вулканическое происхождение. Закономерности
изменений во времени атмосферного кислорода,
имеющего наиболее важное значение для
обеспечения жизнедеятельности, изучены
слабо.
Обнаружено
возрастание в атмосфере оксидов
азота и серы зимой в связи
с увеличением объёмов сжигания
топлива и более частым образованием смогов
в этот период.
Результаты режимного опробования
снеговых выпадений в Подмосковье
свидетельствуют как о синхронных
региональных изменениях их состава
во времени, так и о локальных
особенностях динамики химического
состояния приземной атмосферы, связанных
с функционированием местных источников
пылегазовыбросов. В морозные зимы в снеговом
покрове увеличивалось содержание сульфатов,
нитратов и соответственно кислотности
снеговой воды. Снеговая вода начального
периода зимы отличалась повышенным содержанием
сульфат-, хлор- и аммоний-ионов. По мере
выпадения снега к середине зимнего периода
оно заметно (в 2-3 раза) снижалось, а затем
снова и резко (до 4-5 раз для хлор-иона)
увеличивалось. Такие особенности изменения
химического состава снеговых выпадений
во времени объясняются повышенной загрязненностью
приземной атмосферы при первых снегопадах.
По мере усиления ее «промытости» загрязненность
снегового покрова уменьшается, снова
увеличиваясь в периоды, когда снега выпадает
мало.
Для атмосферы характерна
чрезвычайно высокая динамичность,
обусловленная как быстрым перемещением
воздушных масс в латеральном
и вертикальном направлениях, так
и высокими скоростями, разнообразием
протекающих в ней физико-химических
реакций. Атмосфера рассматривается
сейчас как огромный "химический котел",
который находится под воздействием многочисленных
и изменчивых антропогенных и природных
факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые
в атмосферу, характеризуются высокой
реакционной способностью. Пыль и сажа,
возникающие при сгорании топлива, лесных
пожарах, сорбируют тяжелые металлы и
радионуклиды и при осаждении на поверхность
могут загрязнить обширные территории,
проникнуть в организм человека через
органы дыхания. Аэрозоли разделяются
на первичные (выбрасываются из источников
загрязнения), вторичные (образуются в
атмосфере), летучие (переносятся на далекие
расстояния) и нелетучие (отлагаются на
поверхности вблизи зон пылегазовыбросов).
Устойчивые и летучие тонкодисперсные
аэрозоли (кадмий, ртуть, сурьма, йод-131
и др.) имеют тенденцию накапливаться в
низинах, заливах и других понижениях
рельефа, в меньшей степени на водоразделах.
Аэродинамическими барьерами
являются крупные лесные массивы,
а также активные глубинные
разломы значительной протяженности
(Байкальский рифт). Причина этого
заключается в том, что такие разломы контролируют
физические поля, ионные потоки Земли
и служат своеобразной преградой для перемещения
воздушных масс.
Выявлена тенденция совместного
накопления в твердых взвешенных
частицах приземной атмосферы Европейской
России свинца и олова; хрома, кобальта
и никеля; стронция, фосфора, скандия, редких
земель и кальция; бериллия, олова, ниобия,
вольфрама и молибдена; лития, бериллия
и галлия; бария, цинка, марганца и меда.
Литий, мышьяк, висмут часто не сопровождаются
повышенными содержаниями других микроэлементов.
Высокие концентрации в снеговой пыли
тяжелых металлов обусловлены как присутствием
их минеральных фаз, образовавшихся при
сжигании угля, мазута и других видов топлива,
так и сорбцией сажей, глинистыми частицами
газообразных соединений типа галогенидов
олова. Выявленные особенности пространственно-временного
распределения загрязняющих веществ следует
учитывать при интерпретации наблюдательных
данных о загрязнении воздуха.
Время "жизни" газов и
аэрозолей в атмосфере колеблется в очень
широком диапазоне (от 1 - 3 минут до нескольких
месяцев) и зависит в основном от их химической
устойчивости, размера (для аэрозолей)
и присутствия реакционноспособных компонентов
(озон, пероксид водорода и др.). Поэтому
в трансграничных переносах загрязняющих
веществ участвуют главным образом химические
элементы и соединения в виде газов, не
способных к химическим реакциям и термодинамически
устойчивых в условиях атмосферы. Вследствие
этого борьба с трансграничными переносами,
являющимися одной из наиболее актуальных
проблем защиты качества воздуха, сильно
затруднена.