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.
Оценка и тем
более прогноз состояния приземной
атмосферы являются очень сложной
проблемой. В настоящее время
ее состояние оценивается главным
образом по нормативному подходу. Величины
ПДК токсических химических веществ
и другие нормативные показатели
качества воздуха приведены во многих
справочниках и руководствах. В таком
руководстве для Европы кроме токсичности
загрязняющих веществ (канцерогенное,
мутагенное, аллергенное и другие воздействия)
учитываются их распространенность и
способность к аккумуляции в организме
человека и пищевой цепи. Недостатки нормативного
подхода - ненадежность принятых значений
ПДК и других показателей из-за слабой
разработанности их эмпирической наблюдательной
базы, отсутствие учета совместного воздействия
загрязнителей и резких изменений состояния
приземного слоя атмосферы во времени
и пространстве. Стационарных постов наблюдения
за воздушным бассейном мало и они не позволяют
адекватно оценить его состояние в крупных
промьппленно-урбанизированных центрах.
В качестве индикаторов химического состава
приземной атмосферы можно использовать
хвою, лишайники, мхи. На начальном этапе
выявления очагов радиоактивного загрязнения,
связанных с Чернобыльской аварией, изучалась
хвоя сосны, обладающая способностью накапливать
радионуклиды, находящиеся в воздухе.
Широко известно покраснение игл хвойных
деревьев в периоды смогов в городах.