Антропогенные воздействия на атмосферу

АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ  НА АТМОСФЕРУ

Вопрос о воздействии  человека на атмосферу находится  в центре внимания специалистов и  экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические про-блемы современности -- «парниковый эффект», нарушение озо-нового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.

Охрана атмосферного воздуха -- ключевая проблема оздо-ровления окружающей природной среды. Атмосферный  воз-дух занимает особое положение  среди других компонентов био-сферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды -- пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

Атмосферный воздух выполняет и сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя  Землю от абсолютно хо-лодного  Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные метеорологические  процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеоритов.

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно  происходит при вымывании аэрозолей  из атмосферы осадка-ми, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ  на поверхности земли и т. д. Однако в современных условиях возможности природных сис-тем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под мас-сированным натиском антропогенных загрязнений в атмосфере стали проявляться весьма нежелательные экологические по-следствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие экологические функции.

§ 1. Загрязнение атмосферного воздуха

Под загрязнением атмосферного воздуха следует по-нимать любое изменение его состава и свойств, которое оказы-вает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы  может быть естественным (природ-ным) и антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение  воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая  деятельность, вы-ветривание горных цород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров  и др. Антропо-генное загрязнение  связано с выбросом различных загрязняю-щих веществ в процессе деятельности человека. По своим мас-штабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы: местное, региональ-ное и глобальное. Местное загрязнение характеризуется повы-шенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйствен-ная зона и др.) (рис. 13.1). При региональном загрязнении в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные про-странства, но не вся планета. Глобальное загрязнение связано с изменением состояния атмосферы в целом.

По -агрегатному состоянию  выбросы вредных веществ в  атмосферу классифицируются на: 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твер-дые (канцерогенные вещества,, свинец и его соединения, ор-ганическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещест-ва и прочие).

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной дея-тельности человека -- диоксид  серы (SO₂), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в об-щем объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных за-грязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди которых -- формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, ам-миак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно кон-центрации главных загрязнителей (диоксид серы и др.) наи-более часто превышают допустимые уровни во многих горо-дах России.

Суммарный мировой  выброс в атмосферу четырех главных  загрязнителей (иоллютантов) атмосферы  составил в 1990 г. -- 401 млн т, а в  России в 1991 г. -- 26,2 млн т (табл. 13.1; The worM..., Национальный..., 1992). Кроме указанных главных загрязнителей в атмосферу попадает много других очень опас-ных токсичных веществ: свинец, ртуть, кадмий и другие тяже-лые металлы (источники выброса: автомобили, плавильные за-воды и др.); углеводороды (С^^, среди них наиболее опасен бенз(а)пирен. обладающий канцерогенным действием (выхлоп-ные газы, топка коглов и др.), альдегиды и в первую очередь формальдегид, сероводород, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры) и др.

Выброс в атмосферу  главных загрязнителей (поллютантов) в мире и в России

Наиболее опасное  загрязнение атмосферы -- радиоактив-ное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопа-ми -- продуктами испытания ядерного оружия, проводивших-ся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы за-грязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации и другие источники.

Особое место занимают выбросы радиоактивных веществ  из четвертого блока Чернобыльской  АЭС в апреле -- мае-1986 г. Если при  взрыве атомной бомбы над Хиросимой (Япония) в атмосферу было выброшено 740 г радионуклидов, то в резуль-тате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. суммарный вы-брос радиоактивных веществ в атмосферу составил 77 кг.

Еще одной формой загрязнения атмосферы является ло-кальное избыточное поступление тепла от антропогенных ис-точников. Признаком теплового (термического) загрязнения ат-мосферы служат так называемые термические юны, например, «остров тепла» в городах-, потепление водоемов и т п

В целом, если судить по официальным данным на 1997-- 1999 гг., уровень загрязнения атмосферного возуха в нашей стране, особенно в городах России, остается высоким, несмот-ря на значительный спад производства, что связывают прежде всего с увеличением количества автомобилей, в том числе -- неисправных.

§ 2. Основные источники  загрязнения атмосферы

В настоящее время  основной вклад в загрязнение  атмосфер-ного воздуха на территории России вносят следующие отрас-ли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, про-мышленные и городские котельные и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранс-порт, предприятия йветной металлургии и производство строй-материалов.

Роль различных  отраслей хозяйства в загрязнении  атмо-сферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и ФРГ приходится на авто-транспорт (50--60%), тогда как на долю теплоэнергетики зна-чительно меньше, всего 16--20%.

Тепловые и атомные  электростанции. Котельные уста-новки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного (ди-оксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгррания. Объем энергетиче-ских выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектро-станция 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.

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

Источники загрязнения  воздуха токсичными веществами на атомных электростанциях (АЭС) -- радиоактивный йод, ра-диоактивные инертные газы и аэрозоли. Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы -- отопительная сис-тема жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой вы-соты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентра-циях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная  металлургия. При выплавке одной  тон-ны 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 загрязнители¹, как мар-ганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются па-рогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бен-зола, аммиака и других токсичных веществ. Существенно за-грязняется атмосфера также на агломерационных фабриках, при доменном и ферросплавном производствах.

Значительные выбросы  отходящих газов и пыли, содержа-щих токсичные вещества, отмечаются на заводах цветной ме-таллургии при переработке свинцово-цйнгавых, медных, суль-фидных 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, значи-тельного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей биоты. На разнооб-разных химических производствах атмосферный воздух загряз-няют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные га-зы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т. п.).

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколь-ко сот миллионов автомобилей, которые  сжигают огромное ко-личество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в крупных городах. Выхлопные газы дви-гателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содер-жат огромное количество токсичных соединений -- бенз(а)пи-рена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бен-зина).

Наибольшее количество вредных веществ в составе  отрабо-тавших газов образуется при  веотрегулнрованной топливной системе  автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет сни-зить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в шесть и более раз.

Интенсивное загрязнение  атмосферного воздуха отмечает-ся также  при добыче и переработки минерального сырья, на нефте- и газоперерабатывающих заводах (рис. 13.2), при вы-бросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжи-гании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промыш-ленные комплексы по производству мяса, распыление пести-цидов и т. д.

«Каждый житель Земли -- это и потенциальная жертва стра-тегических (трансграничных) загрязнений», -- подчеркивает

so, s + o₂4so -»h₂so₄

H,S.

-А. Гор в книге  «Земля на чаше весов» (1993). Под трансгранич-ными загрязнениями понимают загрязнения, перенесенные с территории одной страны на площадь другой. Только в 1994 г. на европейскую часть России из-за невыгодного, ее географиче-ского положения выпало 1204 тыс. т соединений серы от Ук-раины, Германии, Польши и других стран. В то же время в других странах от российских источников загрязнения выпало только 190 тыс. т серы, т. е. в 6,3 раза меньше.

§ 3. Экологические  последствия загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здо-ровье человека и на окружающую природную среду различ-ными способами -- от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различ-ных систем жизнеобеспечения организма. Во многих слу-чаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регулятор-ные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабаты-вает.

Сначала рассмотрим, как влияет на окружающую природ-ную среду локальное (местное) загрязнение атмосферы, а затем глобальное.

Физиологическое воздействие  на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серь-ёзными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с вла-гой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Особенно четко эта связь про-слеживается при анализе детской легочной патологии и сте-пени концентрации диоксида серы в атмосфере крупных го-родов. Согласно исследованиям американских ученых, при уровне загрязнения SO₂ до 0,049 мг/м³ показатель заболе-ваемости (в человека-днях) населения Нэшвилла (США) со-ставлял 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 дыхательныепути.