Экологические катастрофы

Подсчет баланса  количества тяжелых металлов в снеговом покрове показал, что основная их часть растворяется в снеговой воде, т.е. находятся в миграционно-подвижной  форме, способной быстро проникать  поверхностные и подземные воды, пищевую цепь и организм человека. В условиях Подмосковья цинк, стронций, никель практически полностью растворены в снеговой воде.

Отрицательное влияние загрязненной атмосферы  на почвенно-растительный покров связано  как с выпадением кислотных атмосферных  осадков, вымывающих кальций, гумус  и микроэлементы из почв, так и  с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста гибели растений. Высокая чувствительность деревьев (особенно березы дуба) к загрязнению  воздуха выявлена давно. Совместное действие их факторов приводит к заметному  уменьшению плодородия почв и исчезновению лесов. Кислотные атмосферные осадки рассматриваются сейчас как мощный фактор не только выветривания горных пород и ухудшения качества несущих  грунтов, но и химического разрушения техногенных объектов, включая памятники  культуры и наземные линии связи. Во многих экономически развитых странах  в настоящее время реализуются  программы по решению проблемы кислотных  атмосферных осадков. В рамках Национальной программы по оценке влияния кислотных  атмосферных осадков, утвержденной в 1980 году. Многие федеральные ведомства  США начали финансировать исследования атмосферных процессов, вызывающих кислотные дожди, с целью оценки влияния последних на экосистемы и выработки соответствующих  природоохранных мер. Выяснилось, что  кислотные дожди оказывают многоплановое  воздействие на окружающую среду  и являются результатом самоочищения (промывания) атмосферы. Основные кислотные  агенты - разбавленные серная и азотная  кислоты, образующиеся при реакциях окисления оксидов серы и азота  с участием пероксида водорода.

Исследованиями  в центральной части Европейской  России установлено, что снеговые воды здесь имеют, как правило, близнейтральную  или слабо щелочную реакцию. На этом фоне выделяются районы как кислотных, так и щелочных атмосферных осадков. Снеговые воды с нейтральной реакцией характеризуются низкой буферностъю и поэтому даже незначительное повышение концентраций в приземной атмосфере оксидов серы и азота может привести к выпадению кислотных атмосферных осадков на обширных территориях. Прежде всего это касается крупных заболоченных низменностей, в которых происходят накопление загрязняющих веществ атмосферы вследствие проявления низинного эффекта аврального осаждения.

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.