Состояние окружающей среды в Омской области

     Кислород  играет важнейшую роль в жизни  большинства живых организмов нашей  планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов. Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство ученых связывают это с деятельностью человека. Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с которым кислород образует воду.

     Углекислый  газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы. Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Ученые связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.

     Азот - незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений. Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Несмотря на то, что круговорот азота сложнее, чем круговорот углерода, он, как правило, происходит быстрее. При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:

     2HN0з  + СаСОз = Са(NОз)₂ + СОС + Н0Н

     Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

     Другие  составные части воздуха не участвуют  в биохимических циклах, но наличие  большого количества загрязнителей  в атмосфере может привести к  серьезным нарушениям этих циклов.

     Загрязнение атмосферы. Различные негативные изменения атмосферы Земли связаны главным образом с изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха. Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный. Естественный источник - это вулканы, пыльные бури, выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных. К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные машиностроительные предприятия.

     Состояние загрязнение воздуха несколькими  веществами, наблюдаемые в атмосфере  города, оценивается с помощью  комплексного показателя - индекса  загрязнения атмосферы (ИЗА). Для  этого нормированные на соответствующее  значения ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют. Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500 тыс. жителей. Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.

     По  данным Государственной службы наблюдений в г. Омске уровень загрязнения  воздуха оценивается как очень высокий, ИЗА=15. В среднем по городу концентрации пыли ниже ПДК, такая же тенденция наблюдается по другим показате6лям: оксиду углерода, диоксидов серы, оксидов азота. Отмечаются высокие средние годовые концентрации формальдегида – 5,3 ПДК, ацетальдегида и этилбензола по 2,1 ПДК, аммиака – 1,2 ПДК и эти показатели постоянно растут.

     Помимо  газообразных загрязняющих веществ, в  атмосферу поступает большое  количество твердых частиц. Это пыль, копоть и сажа. Большую опасность  таит загрязнение природной среды тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк, хром, ванадий стали практически постоянными компонентами воздуха промышленных центров. Особенно остро стоит проблема загрязнения воздуха свинцом. При интоксикации свинцом под удар попадают нервная и кроветворная системы. Особенно чувствительны к свинцовым отравлениям дети. Городская пыль может содержать до 1% свинца. Человек, представляющий одно из последних звеньев пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического воздействия свинца. Соединения свинца поступают в организм человека через кожу и слизистые оболочки, через дыхательные пути и пищеварительный тракт. При интоксикации свинцом развивается поражение мозга (цефалопатия), нарушается дыхательная функция крови вследствие разрушения эритроцитов, нарушение функции пищеварительного тракта в результате атрофии слизистой оболочки тонкого кишечника и угнетения целого ряда ферментов за счет вытеснения свинцом из последних цинка и меди. Содержание свинца в крови не приходит к норме даже спустя три года после нормализации его уровня в воздухе. Установлена зависимость между уровнями свинца и кадмия в волосах школьников и степенью их умственного развития. За последние два года установлено, что содержание свинца в воздухе на территории Омской области снижается и в выбросах загрязняющих веществ равна 0,029 – 0,026 тонн.

     Средние показатели по выбросам загрязняющих веществ на одного жителя постепенно начинают снижаться, так в 2002 году они были равны 115,0 кг/на жителя, 2003 г. – 114,6 кг/на жителя, 2004 г. – 106,8 кг/на жителя, 2005 г. – 99,0 кг/на жителя. Всего выбросов специфических загрязняющих веществ в 2004 г. – 98402,718 тонн, а в 2005г. – 91172,016 тонн, также снижаются показатели выброшенных без очистки загрязняющих веществ: 2004 г. – 158,5 тыс. тонн, 2005 г. 147,4 тыс. тонн, возможно, это происходит из-за того, что улучшается финансирование и проводится намного больше мероприятий федерального и регионального значения.

     Распределение загрязняющих веществ по городу неодинаково  и имеет определенные закономерности. «Лидерами» по уровню загрязнения в 2003 г. явились Октябрьский (пыль, оксид углерода, аммиак, формальдегид, бензапирен) и Советский (пыль, оксид углерода, аммиак, формальдегид, бензапирен) административные округа, что можно объяснить двумя причинами - на территории этих округов формируются южная и северная (соответственно) промышленные площадки, большое количество вредных веществ образуется за счет выбросов автотранспорта. Уровень загрязнения этих округов очень высокий, уровень остальных (Центральный, Кировский, Ленинский округа) - высокий. Необходимо учесть, что за последние годы по причине увеличения количества автотранспорта и объемов производства число выбросов увеличивается, а, следовательно, необходимо разрабатывать целевые комплексные программы по улучшению состояния города Омска в целом и отдельных компонентов природных комплексов.

     Кислотные дожди.

     Глобальное  загрязнение атмосферного воздуха  сказывается на состоянии природных  экосистем, особенно на зеленом покрове  нашей планеты. Одним из самых  наглядных показателей состояния  биосферы служат леса их самочувствие. Кислотные дожди, вызываемые главным образом диоксидом серы и оксидами азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. Установлено, что хвойные породы страдают от кислотных дождей в большей степени, чем широколиственные.

     Термином "кислотные дожди" называют все  виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5,6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO₂) и окислы азота (NО_x) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды. Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

     Значение  рН измеряется на шкале от 0 до 14. Значение рН нейтрального раствора равняются 7 (на шкале от 0 до 14). Те растворы, значение рН которых на приведенной шкале находится в пределах от 0 до <7, называются кислыми. Когда в воду попадают щелочи, то в воде повышается концентрация гидроксид-ионов (ОН^-). При этом в растворе понижается концентрация ионов водорода (Н+). Растворы, значение рН которых находится в пределах от >7 до 14, называются щелочными. Следует обратить внимание еще на одну особенность шкалы рН. Каждая последующая ступенька на шкале рН говорит о десятикратном уменьшении концентрации ионов водорода (и соответственно кислотности) в растворе и увеличении концентрации гидроксид-ионов. Например, кислотность вещества со значением рН=4 в десять раз выше кислотности вещества со значением рН=5, в сто раз выше, чем кислотность вещества со значением рН=6 и в сто тысяч раз выше, чем кислотность вещества со значением рН=9.

     Кислотный дождь образуется в результате реакции  между водой и такими загрязняющими  веществами, как оксид серы (SO₂) и различными оксидами азота (NO_х). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю. Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы - озера, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН между 7 и 9,2. С увеличением кислотности (показатели рН удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи. Когда кислотность повышается до рН=5,5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон - крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда кислотность достигает рН=4,5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых. По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьезные заболевания. Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца еще не изучен, сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы в совокупности приводят к деградации лесов. Контроль качества атмосферных осадков на территории Омской области показал, что среднее значение рН составило 6,4 единиц (максимум – 7,5, минимум – 5,3).

     Озоновый  слой.

     В последние годы ученые все с большей  тревогой отмечают истощение озонового  слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов. Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), широко используемых в производстве и быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей аэрозолей. Фреоны интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50-200 лет. В 1990 г. в мире производилось более 1300 тыс. т озоноразрушающих веществ. Под действием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода (О₂) распадаются на свободные атомы, которые в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О₃). Свободные атомы кислорода могут также реагировать с молекулами озона, образуя две молекулы кислорода. Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие. Однако загрязнители типа фреонов катализируют (ускоряют) процесс разложения озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона. Учитывая опасность, нависшую над планетой, международное сообщество сделало первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение, по которому производство фреонов в мире к 1999 г. должно сократиться примерно на 50%. Отклонения среднегодовых значений от климатических норм на большинстве станций РФ были положительными и в основном не превышали 5%. Об отсутствии значительных отрицательных аномалий ОСО над всем северным полушарием свидетельствуют данные TOMS. По данным наблюдений объединенной гидрометеостанции Обь-Иртышского территориального управления по гидрометеорологии над территорией Омской области средняя толщина озонового слоя составила 0,35 атм-см, что на 1% ниже среднемноголетних значений, рассчитанных за двадцатилетний период наблюдений (минимальное – 0,29 атм-см, максимальное – 0,45атм-см).

     Констатируя загрязнение отдельных природных компонентов: - на протяжении последних лет в Омской области ежегодно осуществляется выброс в атмосферу от стационарных источников более 240 тыс. т загрязняющих веществ, в том числе в Омске около 200;

     - растущий уровень автомобилизации привел к тому, что выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта составляют до 420 тыс.т. в год, из них 255 тыс. т (61%) в Омске;