Основные виды антропогенных воздействий на биосферу

 

Основные источники загрязнения атмосферы

 

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые электростанции, промышленные и городские котельные и др.), далее – предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии, производство стройматериалов.

Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы в развитых промышленных странах Запада иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и ФРГ приходится на автотранспорт (50 – 60%), тогда как на долю теплоэнергетики значительно меньше, всего 16 – 20%.

Тепловые электростанции. Котельные установки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного (диоксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. Объем энергетических выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680 т SO2 и SO3; 120 – 140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа); 200 т оксидов азота и, кроме того, естественные радионуклиды 226Ra, 232Th, 40Ka, концентрация которых  (40K и 226Ra) в золе увеличивается от 2 до 8 раз по сравнению с исходным, а 232Th – от 3 до 8 раз. В шлаковых отходах удельная активность 40K возрастает от 2 до 7 раз, 232Th – от 3 до 9 раз, а 226Ra – от 3 до 8 раз.

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологично газовое топливо, которое в 3 раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь.

Как отмечалось выше, атомные электростанции (АЭС) и другие ОИАЭ также могут являться источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды в случае возникновения на них радиационных аварий, сопровождающихся выходом радионуклидов в атмосферу. В этом случае в выбросах могут присутствовать: радиоактивный йод, инертные радиоактивные газы и аэрозоли. Следует отметить, что после аварии на чернобыльской АЭС выход в атмосферу радиоактивных газов и аэрозолей при штатной работе АЭС уменьшился на порядок, что и отмечается в ежегодных сообщениях НПО «ТАЙФУН» Федеральной Службы по Гидрометеорологии и Мониторингу Окружающей среды (РОСГИДРОМЕТ). Однако проблема с выходом инертных радиоактивных газов в атмосферу осталась. Последнее обусловлено особыми физико-химическими свойствами ИРГ, затрудняющими адсорбцию этих газов на фильтрах, которые используются для утилизации радиоактивных аэрозолей. Учитывая эти обстоятельства, в последнее время предложен ряд проектов, при реализации которых окажется возможным существенно снизить выход ИРГ в атмосферу [23]*, что несомненно повысит радиационную безопасность АЭС и других ОИАЭ.

Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки), дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях, как правило, рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тонны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как марганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ. Существенно загрязняется атмосфера также на агломерационных фабриках, при доменном и ферросплавном производствах.

Значительные выбросы отходящих газов и пыли, содержащих токсичные вещества, отмечаются на заводах цветной металлургии при переработке свинцово-цинковых, медных, сульфидных руд, при производстве алюминия и др.

Химическое производство. Выбросы этой отрасли хотя и невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей биоты. На разнообразных химических производствах атмосферный воздух загрязняют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т. п.

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, особенно в крупных городах. Так, в Москве на долю автотранспорта приходится 80% от общего количества выбросов в атмосферу.

Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат огромное количество токсичных соединений – бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бензина).

Наибольшее количество вредных веществ в составе отработавших газов образуется при неотрегулированной топливной системе автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет снизить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в шесть и более раз.

Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха отмечается также при добыче и переработке минерального сырья, на нефте- и газоперерабатывающих заводах (рис. 7.1), при выбросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные             комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т. д.

Особую роль играет трансграничный перенос загрязнений. При таком виде распространения загрязнений «Каждый житель Земли является потенциальной жертвой трансграничных загрязнений».

Под трансграничными загрязнениями понимают загрязнения, перенесенные с территории одной страны на площадь другой.

Только в 1994 г. на Европейскую часть России из-за невыгодного ее географического положения выпало 1204 тыс. т соединений серы от Украины, Германии, Польши и других стран. В то же время в других странах от российских источников выпало только 190 тыс. т серы, т. е. в 6,3 раза меньше.

 

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 регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабатывает.

Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьезными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Особенно четко эта связь прослеживается при анализе детской легочной патологии и степени концентрации диоксида серы в атмосфере крупных городов. Согласно исследованиям американских ученых при уровне загрязнения SO2 до 0,049 мг/м3 показатель заболеваемости (в человеко-днях) населения Нэшвилла (США) составлял 8,1%, при 0,150 – 0,349 мг/м3 – 12% и в районах с загрязнением воздуха выше 0,350 мг/м3 – 43,8%. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается на пылинках и в этом виде проникает глубоко в дыхательные пути.

Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO2), вызывает тяжелое заболевание легких – силикоз.

Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки, например, глаз, лег-

ких, участвуют в образовании ядовитых туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газообразной смеси.

Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении появляется общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя три – семь дней). Однако, из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны частицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки.

Весьма неблагоприятные последствия, которые могут сказываться на огромном интервале времени, связаны и с такими незначительными по объему выбросами, как свинец, бензоперен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекциям и т. д. Пыли, содержащие соединения свинца и ртути, обладают мутагенными свойствами и вызывают генетические изменения в клетках организма.

Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия: от кашля до летального исхода.

Тяжелые последствия в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма, тумана и пыли ‒ смог.

Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но отрицательно влияют на животных, состояние растений и экосистем в целом.

В экологической литературе описаны случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых при выбросах вредных загрязняющих веществ большой концентрации (особенно залповых). Так, например, установлено, что при оседании на медоносных растениях некоторых токсичных видов пыли наблюдается заметное повышение смертности пчел. Что касается животных, то находящаяся в атмосфере ядовитая пыль поражает их в основном через органы дыхания, а также поступая в организм вместе со съеденными запыленными растениями.

В растения токсичные вещества поступают различными способами. Установлено, что выбросы вредных веществ действуют как непосредственно на зеленые части растений, попадая через устьица в ткани, разрушая хлорофилл и структуру клеток, так и через почву на корневую систему. Так, например, загрязнение почвы токсичных металлов, особенно в соединении с серной кислотой, губительно действует на корневую систему, а через нее и на все растение.

Загрязняющие газообразные вещества по-разному влияют на состояние растительности. Одни лишь слабо повреждают листья, хвоинки, побеги (окись углерода, этилен и др.), другие действуют на растения губительно (диоксид серы, хлор, пары ртути, аммиак, цианистый водород и др.). Особенно опасен для растений диоксид серы (SO2), под воздействием которого гибнут многие деревья, и в первую очередь, хвойные – сосны, ели, пихты, кедр.

В результате воздействия высокотоксичных загрязнителей на растения отмечается замедление их роста, образование некроза на концах листьев и хвоинок, выход из строя органов ассимиляции и т. д. Увеличение поверхности поврежденных листьев может привести к снижению расхода влаги из почвы, общей ее переувлажненности, что неизбежно скажется на среде ее обитания.

Способна ли растительность восстановиться после снижения воздействия вредных загрязняющих веществ? Во многом это будет зависеть от видового состава оставшейся зеленой массы и общего состояния природных экосистем.

В то же время следует заметить, что невысокие концентрации отдельных загрязнителей не только вредят растениям, но и, как например кадмиевая соль, стимулируют прорастание семян, прирост древесины, рост некоторых органов растений.

Таким образом, к важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

1. возможное потепление климата («парниковый эффект»);
2. нарушение озонового слоя;
3. выпадение кислотных дождей.

Большинство ученых в мире рассматривают эти виды загрязнений как крупнейшие экологические проблемы современности.

 

Возможное потепление климата («парниковый эффект»)

Наблюдаемое в настоящее время изменение климата, которое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры, начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» – диоксида углерода (СО2), метана (СН4), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О3), оксида азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь СО2, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. По Г. Хефлингу*, атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой – почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

В связи с сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд. т условного топлива) – концентрация СО2 в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов (хлорфторуглеродов). На 1 – 1,5% в год увеличивается содержание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы, выделения крупным рогатым скотом и др.). В меньшей степени растет содержание в атмосфере и оксида азота (на 0,3% ежегодно).

Следствием увеличения концентраций этих газов, создающих «парниковый эффект», является рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности.

За последние 100 лет наиболее теплыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В 1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4 °С выше, чем в 1950 – 1980 гг. Расчеты некоторых ученых показывают, что в 2005 г. она будет на 1,3 °С, а в 2050 г. на 2 – 4 °С больше, чем в 1950 – 1980 гг. Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с предполагаемым повышением уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д. Моделируя экологические последствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5 – 2,0 м к концу XXI в., ученые установили, что это неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагоприятным последствиям.