Загрязнение атмосферы, кислотные осадки и смоги

     Прямое  воздействие на человека. Естественно, атмосферные кислотные микроэлементы не щадят и человека. Однако здесь речь идет уже не только о кислотных дождях, но и о том вреде, который приносят кислотные вещества (двуокись серы, двуокись азота, кислотные аэрозольные частицы) при дыхании.

     Уже давно установлено, что существует тесная зависимость между уровнем смертности и степенью загрязнения района. При концентрации SO₂ около 1 мг/м³ возрастает число смертельных случаев, в первую очередь среди людей старшего поколения и лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Статистические данные показали, что такое серьезное заболевание, как ложный круп, требующее моментального вмешательства врача и распространенное среди детей, возникает по этой же причине. То же самое можно сказать и о ранней смертности новорожденных в Европе и Северной Америке, которая ежегодно исчисляется несколькими десятками тысяч.

     Кроме оксидов серы и азота опасны для  здоровья человека также аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту. Степень их опасности зависит от размеров. Так, пыль и более крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие (менее 1 мкм) капли серной кислоты или частицы сульфатов могут проникать в самые дальние участки легких.

     Физиологические исследования показали, что степень  вредного воздействия прямо пропорциональна концентрации загрязняющих веществ. Однако существует пороговое значение, ниже которого даже у самых чувствительных людей не обнаруживаются какие-либо отклонения от нормы. Например, для двуокиси серы среднесуточная пороговая концентрация для здоровых людей составляет приблизительно 400 мкг/м³.

     В настоящее время норма для  состава воздуха на незащищенных территориях почти соответствует этому значению.

     На  защищенных территориях нормативы, естественно, строже. В то же время  ожидается, что в недалеком будущем  установят еще более низкие нормативные значения. Однако опасная концентрация может оказаться еще ниже, если различные кислотные загрязняющие вещества будут усиливать воздействие друг друга. Также установлена зависимость между загрязнением двуокисью серы и различными заболеваниями дыхательных путей (грипп, ангина, бронхит и т.д.). На отдельных загрязненных территориях число заболеваний было в несколько раз больше, чем на контрольных территориях.

     Помимо  первичного прямого воздействия, на человека косвенно влияет и закисление окружающей среды. Косвенные воздействия  в первую очередь оказывают ядовитые металлы (алюминий, тяжелые металлы). Эти металлы легко могут попасть в пищевую цепочку, в конце которой стоит человек. Проведенные в Венгрии обследования показали, что содержание цинка в свинине и говядине, а также в мясных продуктах довольно часто превышает допустимый уровень(10%). Кадмий также встречается в говядине в концентрациях, превышающих допустимые. Медь и ртуть в безопасных концентрациях обнаружены главным образом в мясе птицы.

     Коррозия  металлов, зданий и памятников. Причиной коррозии является увеличение концентрации иона, водорода на поверхности металлов, от которой в большой степени и зависит их окисление. В загородных районах степень коррозии металлоконструкции составляет несколько микрометров в год, в то время как в загрязненных городских районах она может достигнуть 100 мкм. в год. Кислотный дождь может причинять ущерб не только металлам, но и зданиям, памятникам и прочим сооружениям. В первую очередь подвержены опасности памятники, построенные из песчаника и известняка (содержащийся в песчаниках и известняках СаСО₃ превращаясь в сульфат-кальция легко вымывается дождевой водой), а также расположенные под открытым небом скульптуры. В Италии, Греции и других странах сохранявшиеся на протяжении сотен и тысяч лет памятники старины и различные предметы за последние десятилетия сильно разрушились в результате действия выброшенных в атмосферу загрязняющих веществ. 

     Пути  решения проблемы

     Для разрешения проблемы кислотных дождей необходимо уменьшить выбросы двуокиси серы и окиси азота в атмосферу. Этого можно достичь несколькими методами, в том числе путем сокращения энергии получаемой человеком при сжигании ископаемого топлива и увеличения количества электростанций использующих альтернативные источника энергии (энергия солнечного света, ветра, энергию приливов и отливов). Другие возможности для уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу это:

     Снижение  содержания серы в различных видах  топлива. Наиболее приемлемым решением было бы использование только тех видов топлива, которые содержат минимальные количества соединений серы. Однако таких видов топлива очень мало. Только 20% из всех мировых запасов нефти имеют содержание серы менее 0,5%. И в будущем, к сожалению, содержание серы в используемом топливе будет увеличиваться, так как нефть с низкими содержаниями серы добывается ускоренными темпами. Также дело обстоит и с ископаемыми углями. Удаление серы из состава топлива оказалось очень дорогим процессом в финансовом плане, к тому же удается вывести из состава топлива не более 50% соединений серы, что является недостаточным количеством.

     Применение  высоких труб. Данный метод не уменьшает  воздействия на окружающую среду, но увеличивает эффективность перемешивания  загрязняющих веществ в более высоких слоях атмосферы, что приводит к выпадению кислотных осадков на более удаленных территориях от источника загрязнения. Данный метод уменьшает воздействие загрязнений на местные экосистемы, но увеличивает опасность кислотных дождей в более удалённых регионах. Кроме того данный метод является очень безнравственным, так как страна в которой происходят эти выбросы переносит часть последствий на другие страны.

     Технологические изменения.  Количество оксидов азота NO, который образуется при горении, зависит от температуры горения. В ходе проведенных экспериментов удалось установить, что чем меньше температура горения, тем меньше возникает оксида азота, к тому же количество NO зависит от времени нахождения топлива в зоне горения с избытком воздуха. Таким образом, соответствующие изменения технологий могут сократить количество выбросов. Сокращение выбросов двуокиси серы можно получить в результате очистки конечных газов от серы. Наиболее распространенный метод это мокрый процесс, когда конечные газы барботируются через раствор известняка, в результате чего образуются сульфит и сульфат кальция. Таким способом можно удалить из конечных газов наибольшее количество серы.

     Известкование. Для уменьшения закисления озер и  почв в них добавляют щелочные вещества (СаСО₃). Данная операция очень часто применяется в Скандинавских странах, где известь распыляют с вертолетов на почву или на водосборную территорию. Скандинавские страны в отношении кислотных дождей страдают больше всего, так как большинство Скандинавских озер имеют гранитное или бедное известняками ложе. Такие озера обладают гораздо меньшей способностью к нейтрализации кислот, чем озера, расположенные на территориях богатых известняком. Но наряду с преимуществами известкование имеет и свой ряд недостатков:

     В проточной и быстро перемешивающейся воде озер нейтрализация происходит недостаточно эффективно;

     Происходит  грубое нарушение химического и  биологического равновесия вод и  почв;

     Не  удается устранить все вредные  последствия закисления;

     С помощью известкования нельзя удалять  тяжелые металлы. Эти металлы  во время уменьшения кислотности  переходят в труднорастворимые соединения и осаждаются, однако при добавлении новой порции кислоты снова растворяются, представляя таким образом постоянную потенциальную опасность для озер.

     Необходимо  отметить тот факт, что до сих  пор не разработан такой способ, который при сжигании ископаемого топлива будет позволять снижать до минимума выбросы двуокиси серы и азота, а в ряде случаев полностью предотвращать его.

     Смог, и его влияние на организм человека

     В крупных городах загрязнение  воздуха часто приводит к возникновению  смога. Термин «смог» – производное от англ. smoke (дым) и fog (туман). В состав смога входят дым, туман, пыль и различные вредные для здоровья газообразные вещества (монооксид углерода, озон, оксиды серы и азота). Смог поражает, прежде всего, слизистые оболочки глаз и дыхательных путей человека и животных. Он приводит к нарушению дыхания и даже может вызвать гибель людей. В 1952 году в Лондоне образование смога привело к повышению смертности среди жителей вдвое по сравнению с обычной. Считают, что его жертвами стали 4 тысячи человек.

     Смог  образуется в результате загрязнения  воздуха выбросами углеводородов, диоксида азота и других продуктов сгорания топлива в автомобильных двигателях, на тепловых станциях и заводах. При окислении топлива в условиях недостатка кислорода образуется ядовитый оксид углерода СО («угарный газ»), представляющий собой соединение углерода с кислородом. Он не имеет ни цвета, ни запаха. Именно угарный газ в большей степени определяет вредное действие смога на здоровье людей.

     Поступая  в организм через органы дыхания, угарный газ взаимодействует с гемоглобином и образует карбоксигемоглобин, не обладающий способностью переносить кислород к тканям. Наряду с этим уменьшается коэффициент утилизации кислорода тканями. Возникают гипокапния, затруднение диссоциации оксигемоглобина, ферментные нарушения тканевого дыхания и т.д.

     При острых отравлениях могут наблюдаться  головная боль, головокружение, тошнота, рвота, слабость, одышка, учащённый пульс; возможны быстрая потеря сознания, судороги, кома (с последующим двигательным возбуждением), нарушения кровообращения и дыхания, поражение зрительного нерва и т.д.; на 2, на 3 сутки может развиться токсическая пневмония.

     При хронических отравлениях появляются головная боль, головокружение, бессонница, возникает эмоциональная неустойчивость, ухудшаются память, внимание.

     Возможны  органические поражения центральной  нервной системы, сосудистые спазмы, повышение количества эритроцитов в крови. 

     Существенными компонентами смога являются оксиды азота. Они образуются, в частности, при работе автомобильных двигателей. В камере сгорания при температуре 2800 ^оС и давлении 10 атм азот начинает реагировать с кислородом с образованием оксида азота NO. В атмосфере оксид азота окисляется до диоксида азота NO₂. При высокой концентрации оксиды азота могут поражать центральную нервную систему человека. Под действием солнечного света диоксид азота распадается на оксид азота и атомарный кислород, который превращает кислород О₂ в озон О₃. Накапливаясь в нижних слоях атмосферы, это вещество оказывает вредное воздействие на организм: вызывает кашель, головокружение, усталость. Озон – сильнейший окислитель: при его содержании в воздухе (по объему) всего лишь 1*10–5% он разъедает резину, разрушает металлы, вступает в реакции с углеводородами, образуя опасные для человека вещества.  

     Местный климат, рельеф и  смог

     Частота и плотность смога на данной территории зависят от климата и рельефа  местности, плотности населения и промышленности, а также от основных видов топлива, используемого в промышленности, на теплоцентралях и на транспорте. В районах с большим среднегодовым количеством осадков дождь и снег помогают очистить воздух от загрязнителей. Ветры также способствуют удалению загрязнителей и приносят свежий воздух, но они же и переносят некоторые загрязнители на большие расстояния.

     Холмы и горы создают преграду на пути ветров, в результате чего в низинах в приземном слое увеличивается загрязнение воздуха. Высокие здания в больших городах также замедляют скорость ветра и, соответственно, способствуют созданию высоких концентраций загрязнителей.

     В течение дня солнце нагревает  воздух у поверхности земли. Обычно этот теплый воздух расширяется и  поднимается, растворяя скапливающиеся внизу загрязнители и унося их вверх в тропосферу. Одновременно воздух из соседних областей высокого давления опускается вниз в образующиеся области низкого давления. Это непрерывное перемешивание воздуха помогает сохранять загрязнение вблизи поверхности в пределах допустимого уровня.

     Но  иногда в результате погодных условий теплый воздух натекает на нижерасположенный плотный холодный воздух в городском воздушном бассейне или в долине, препятствуя развитию вертикальных движений воздуха. Это явление называется температурной, или термической, инверсией. В результате массы теплого воздуха распространяются над регионом и препятствуют выносу загрязнителей. Обычно такие инверсии длятся от одного до нескольких часов, но иногда, в условиях устойчивого антициклона, они могут сохраняться до нескольких дней. В этом случае концентрация загрязнителей воздуха у поверхности земли представляет угрозу здоровью и даже жизни людей. Термические инверсии также усиливают вредное воздействие островов тепла и пыльных куполов, которые образуются над городскими территориями.

     Наиболее  продолжительные и частые термические инверсии характерны для городов, расположенных в долинах, окруженных горами (Донора, штат Пенсильвания), для подветренных склонов горных хребтов (Денвер) или побережий (Нью-Йорк). Большие города, насчитывающие несколько миллионов жителей и автомобилей, расположенные в безветренных районах с преобладанием солнечных дней, окруженных с трех сторон горами и морем с четвертой, создают идеальные условия для фотохимического смога, отягченного частыми термическими инверсиями. Именно такая ситуация наблюдается в Лос-Анджелесе, где почти ежедневно возникают инверсии, особенно продолжительные летом, и где насчитывается 12 млн. жителей, 8 млн. автомобилей и тысячи фабрик. Несмотря на самую строгую в мире систему контроля за загрязнением воздуха, Лос-Анджелес занимает первое место по загрязнению воздуха в Соединенных Штатах.