Загрязнение воздуха

                         1.4 Фотохимический туман (смог)

    Фотохимический  туман представляет собой многокомпонентную  смесь газов и аэрозольных  частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога  входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количестве озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.[1]

                                 1.5 Тепловое загрязнение

        В промышленных центрах и крупных городах атмосфера подвергается тепловому загрязнению в связи с тем, что в атмосферу поступают вещества с более высокой температурой, чем окружающий воздух. Температура выбросов обычно выше средней многолетней температуры приземного слоя воздуха. Из труб промышленных предприятий, выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания, при отоплении домов, лесных пожарах выделяются вещества, нагретые до 60 градусов Цельсия и более. Среднегодовая температура атмосферного воздуха над крупными городами и промышленными центрами на 6-7 градусов выше температуры воздуха прилегающих территорий. Специалисты отмечают, что в последние 25 лет средняя температура тропосферы поднялась на 0,7 градусов Цельсия.

        Тепловое загрязнение  поверхности  водоемов  и  прибрежных морских акваторий  возникает  в  результате  сброса  нагретых  сточных  вод электростанциями   и   некоторыми   промышленными    производствами.   Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение  температуры  воды  в водоемах  на  6-8  градусов  Цельсия.  Площадь  пятен  нагретых  вод в прибрежных районах может достигать 30 кв.км.

      Более устойчивая температурная стратификация  препятствует  водообмену поверхностным и донным  слоям.  Растворимость кислорода уменьшается,  а потребление его возрастает, поскольку с ростом  температуры усиливается активность  аэробных  бактерий,  разлагающих органическое  вещество. Усиливается видовое  разнообразие  фитопланктона и всей флоры   водорослей.[4] 

                                    1.6 Шумовое загрязнение 

      Другим видом загрязнения атмосферы в городах является шумовое.

Шумы относятся  к числу вредных для человека загрязнений атмосферы. Раздражающее воздействие звука (шума) на человека зависит от его интенсивности, спектрального  состава и продолжительности  воздействия. Шумы со сплошными спектрами  менее раздражительны, чем шумы узкого интервала частот. Наибольшее раздражение  вызывает шум в диапазоне частот 3000-5000 Гц.

      Работа в условиях повышенного шума на первых порах вызывает быструю утомляемость, обостряет слух на высоких частотах. Затем человек как бы привыкает к шуму, чувствительность к высоким частотам резко падает, начинается ухудшение слуха, которое постепенно развивается в тугоухость и глухоту. При интенсивности шума 145-140 дБ возникают вибрации в мягких тканях носа и горла, а также в костях черепа и зубах; если интенсивность превышает 140 дБ, то начинает вибрировать грудная клетка, мышцы рук и ног, появляются боль в ушах и голове, крайняя усталость и раздражительность; при уровне шума свыше 160 дБ может произойти разрыв барабанных перепонок.

       Однако шум губительно действует не только на слуховой аппарат, но и на центральную нервную систему человека, работу сердца, служит причиной многих других заболеваний. Одним из наиболее мощных источников шума являются вертолеты и самолеты особенно сверхзвуковые.

         При тех высоких требованиях к точности и надежности управления современным самолетом, которые предъявляются к экипажу летательного аппарата, повышенные уровни шумов оказывают отрицательное воздействие на работоспособность и быстроту принятия информации экипажем. Шумы, создаваемые самолетами, вызывают ухудшение слуха и другие болезненные явления у работников наземных служб аэропорта, а также у жителей населенных пунктов, над которыми пролетают самолеты. Отрицательное воздействие на людей зависит не только от уровня максимального шума, создаваемого самолетом при полете, но и от продолжительности действия, общего числа пролетов за сутки и фонового уровня шумов. На интенсивность шума и площадь распространения существенное влияние оказывают метеорологические условия: скорость ветра, распределение ее и температуры воздуха по высоте, облака и осадки.

        Особенно острый характер проблема шума приобрела в связи с эксплуатацией сверхзвуковых самолетов. С ними связаны шумы, звуковой удар и вибрация жилищ вблизи аэропортов. Современные сверхзвуковые самолеты порождают шумы, интенсивность которых значительно превышает предельно допустимые нормы.[7] 
 

       1.8 Загрязнение атмосферы выбросами транспорта 

    Большую долю в загрязнении атмосферы  составляют выбросы вредных веществ  от автомобилей. Сейчас на Земле эксплуатируется  около 500 млн. автомобилей, а к 2000 г. ожидается  увеличение их числа до 900 млн. В 1997 г. в Москве эксплуатировались 2400 тыс. автомобилей при нормативе 800 тыс. автомобилей на действующие дороги.

    В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным  источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В  среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т  топлива и около 26 – 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что  в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает  в атмосферу (кг/год): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших углеводородов – 230 и твердых веществ – 2 – 5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

    Наблюдения  показали, что в домах, расположенных  рядом с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3 – 4 раза чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также водоемы, почву и растения.

    Токсичными  выбросами двигателей внутреннего  сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные газы, пары топлива  из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает  в атмосферу с отработавшими  газами ДВС. С картерными газами и  парами топлива в атмосферу поступает  приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.

    Количество  вредных веществ, поступающих в  атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и, особенно, от двигателя – источника наибольшего  загрязнения. Так, при нарушении  регулировки карбюратора выбросы  оксида углерода увеличиваются в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине.

    Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой  этилированного бензина неэтилированным.

    Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные  компоненты, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды  и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно  зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для  газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), тогда как содержание оксидов азота существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме).

    Суммарный выброс токсичных веществ в атмосферу  самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода  топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.

    Наибольшее  влияние на условия обитания выбросы  ГГДУ оказывают в аэропортах и  зонах, примыкающих к испытательным  станциям. Сравнительные данные о  выбросах вредных веществ в аэропортах подзывают, что поступления от ГТДУ в приземной слой атмосферы составляют, %: оксид углерода – 55, оксиды азота – 77, углеводороды – 93 и аэрозоль – 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

    Загрязнение воздушной среды транспортом  с ракетными двигательными установками  происходит главным образом при  их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях в процессе их производства или после ремонта, при хранении и транспортировании  топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и  рекомбинации молекул. Количество продуктов  сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, диоксид  углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а  также твердые частицы Аl₂O₃ со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).

    При старте ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземной  слой атмосферы, но и на космическое  пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового  слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов.

    В связи с развитием авиации  и ракетной техники, а также интенсивным  использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного  хозяйства существенно возрос общий  выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5 % токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов[8]

                                 2 Озоновый слой Земли

    Озоновый  слой Земли – это слой атмосферы, близко совпадающий со стратосферой, лежащий между 7 – 8 (на полюсах), 17 – 18 (на экваторе) и 50 км над поверхностью планеты и отличающийся повышенной концентрацией молекул озона, отражающих жесткое космическое излучение, гибельное для всего живого на Земле. Его концентрация на высоте 20 – 22 км от поверхности Земли, где она достигает максимума, ничтожно мала. Эта естественная защитная пленка очень тонка: в тропиках ее толщина составляет всего 2 мм, у полюсов она вдвое больше.

    Активно поглощающий ультрафиолетовое излучение  озоновый слой создает оптимальные  световой и термические режимы земной поверхности, благоприятные для  существования живых организмов на Земле. Концентрация озона в стратосфере непостоянна, увеличиваясь от низких широт к высоким, и подвержена сезонным изменениям с максимумом весной.

    Своему  существованию озоновый слой обязан деятельности фотосинтезирующих растений (выделение кислорода) и действию на кислород ультрафиолетовых лучей. Он защищает все живое на Земле от губительного действия этих лучей.

    Предполагается, что глобальное загрязнение атмосферы  некоторыми веществами (фреонами, оксидами азота и др.) может нарушить функционирование озонового слоя Земли.

    Главную опасность для атмосферного озона  составляет группа химических веществ, объединенных термином «хлор-фторуглероды» (ХФУ), называемых также фреонами.

    Механизм  действия фреонов следующий. Попадая  в верхние слои атмосферы, эти  инертные у поверхности Земли  вещества становятся активными. Под  воздействием ультрафиолетового излучения  химические связи в их молекулах  нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с  молекулой озона «вышибает» из нее  один атом. Озон перестает быть озоном, превращаясь в кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, опять оказывается свободным и «пускается в погоню» за новой «жертвой». Его активности и агрессивности хватает на то, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона.