Охрана атмосферы

7. Соединения  хлора.  Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих  соляную  кислоту,  хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду.  В атмосфере встречаются как примесь  молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.  В металлургической промышленности при  выплавке  чугуна  и  при  переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых  металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на  11 т.  0передельного чугуна выделяется кроме  12,7 кг.  0сернистого газа и  14,5 кг.  0пылевых частиц,  определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы,  свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

   Разовые концентрации загрязняющих веществ  иногда превышают ПДК  в десятки  и сотни раз. В 1995г. общее количество промышленных выбросов в атмосферу  составило выше 21 млн. т., в том  числе более 6,4 млн. т. поступило от предприятий черной и цветной  промышленности, около 5 млн. т. – от тепловых электростанций и т.д. На Европейскую территорию России приходится 2/3 промышленных выбросов. Наиболее загрязнены Норильск (диоксид серы – 2,4 млн.т), Магнитогорск (0,43 млн. т оксида углерода). Москва занимает первое место по объемам выбросов оксидов азота (0,12 млн. т), по суммарным вредным выбросам автотранспорта (0,8 млн. т).[1] 
 

     2.3. Кислотные дожди 

    Сера - это важный биофильный элемент. В  животных тканях она находится в составе белков и аминокислот, а в растительных - в составе эфирных масел.

    Основным  природным источником серы служат вулканы, с выбросами которых в атмосферу  поступают диоксид серы, сероводород и элементная сера общим количеством 4 - 16 млн.т (в пересчете на диоксид серы). Кроме того, сероводород является продуктом жизнедеятельности бактерий - хемосинтетиков, обитающих на суше и в океане. В виде сульфат-иона сера содержится в природных водах, средняя его концентрация составляет 2,65 мг SO₄/1 г Н₂0. В составе многих минералов (уголь, нефть, железные, медные и другие руды) неорганическая сера встречается в земной коре.

    В атмосфере  соединения серы претерпевают целый  ряд превращений 

    Сероводород последовательно, в ряд ступеней, окисляется до диоксида серы, который, в свою очередь, тоже окисляется до серного ангидрида в результате фотохимического и радикального механизмов его взаимодействия с компонентами атмосферы, причем эти процессы существенно ускоряются в присутствии оксидов азота или углеводородов, а также оксидов железа, алюминия, хрома и других металлов. Атмосферная влага тоже способствует окислению диоксида в триоксид: в дождливую или туманную погоду время существования атмосферного диоксида серы не превышает 50 - 60 мин.

    Триоксид  серы легко взаимодействует с  частицами атмосферной влаги и образует растворы серной кислоты. Реагируя с аммиаком или ионами металлов, присутствующими в атмосферной влаге, серная кислота частично переходит в соответствующие сульфаты. В основном это сульфаты аммония, натрия, кальция. Образование сульфатов происходит и в процессе окисления на поверхности твердых частиц, взвешенных в воздухе. Образовавшиеся сульфаты сохраняются в атмосфере не более 5 дней.

    Значительная  часть соединений серы оседает на землю с атмосферными осадками. Таким  образом, из атмосферы сера снова попадает в гидросферу и в почву. Дождевая вода всегда имеет более кислую реакцию, чем поверхностные воды, ее рН составляет 5,6. В естественном цикле подобным путем обеспечивается необходимое подкисление почвы и почвенных растворов, позволяющее трансформировать минеральные питательные вещества в доступную для растений растворимую форму. Однако уже к 1976 г. 65% всех поступлений серы в атмосферу имело антропогенное происхождение, из них 95% приходилось на диоксид серы. Таким образом, поступление серы из природных источников было превышено более чем в два раза. Сернистый ангидрид в промышленности образуются при сжигании угля и нефти и при обжиге сульфидных руд меди, никеля, свинца, цинка. Соединения серы содержатся и в выбросах автотранспорта.

    В первые моменты после выброса диоксида серы в атмосфере практически отсутствуют частицы серной кислоты и сульфатов. Со временем доля SO₂ в воздухе уменьшается, одновременно растет доля серы в виде серной кислоты и сульфатов. Количество серной кислоты в атмосфере достигает максимума спустя 10 часов после выброса, а сульфатов — через 30 - 40 часов.

    В северном полушарии выбросы SO₂ оцениваются в 136 млн.т в год, в южном — 10 млн.т в год. Повышение содержания диоксида и триоксида серы в атмосфере привело к появлению кислотных дождей (рН около 4). Кислотный дождь — одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды. Максимальный отрицательный эффект кислотные дожди и газовые выбросы наносят атмосфере, а через нее — флоре и фауне. Этим же путем загрязняются водоемы. Под воздействием кислотных дождей закисляются почвы, что приводит к нарушению ионообменных процессов и буферных свойств почвы. Помимо этого в закисленной почве облегчается переход металлов из почвы в растворенную форму, доступную для растений, таким образом растения могут с почвенными растворами получать токсичные для них и большинства живых организмов металлы — цинк, железо, марганец, алюминий. Этим же путем интенсифицируется процесс выделения в почве сероводорода, токсичного для растений и микроорганизмов.[1] 

    2.4. Загрязнение атмосферы  биологическими примесями 

      Биологические примеси подразделяют на патогенные микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы  и т.д.) и микроорганизмы (растения и животные). К первым относят  живые существа, размером меньше 500 мкм.

      Загрязнение атмосферы биологическими примесями  связано как с массовым появлением самих микроорганизмов, так и  с влиянием их на человека, в первую очередь на его иммунную систему.

      Иммунная  система человека эволюционировала на протяжении миллионов лет, адекватно реагируя на новые бактерии и штаммы вирусов. Но это экологическое равновесие человека с окружающей средой начинает все больше нарушаться, и здесь выделяют две причины. Первая связана с нарушением обмена веществ в организме человека под воздействием химических веществ, а вторая – с ослаблением организма под воздействием стрессовых ситуаций.

      Даже  микродозы чужеродных химических веществ, проникнув в организм человека с  загрязненным воздухом, недоброкачественной  пищей или водой, разносятся кровью по органам и тканям. Частично они задерживаются там и начинают участвовать в обмене веществ, искажая его нормальное течение и становясь пусковыми механизмами ускоренной мутации клеток, среди которых зачастую появляются онкогенно опасные.

      Исследованиями  установлено, что с 70-х годов XX в. в России на 50% возросла частота таких экологически зависимых (эндоэкологических) заболеваний, как сердечно-сосудистые и онкологические. К настоящему времени накоплен большой статистический материал, устанавливающий тесную корреляционную связь между концентрацией нитратов в пищевых продуктов ( которые могут и не превышать установленных ПДК) и определенными заболеваниями печени (первичный рак печени). Эндоэкологические заболевания наиболее опасны для будущих поколений, и это подтверждается следующими данными: всего 23% детей остаются здоровыми к 7-летнему возрасту, а к 17-летию – 14%, половина юношей призывного возраста непригодна к службе в армии по состоянию здоровья.

      Виру  СПИДа вообще парализует защитные свойства организма, и человек, его носитель, становится уязвимым к любым заболеваниям.[1] 

3. Изменение состава  и параметров атмосферы 

3.1. Изменение природного  состава воздуха 

        В наибольшей степени на процессы жизнедеятельности на земле влияет изменение кислородного баланса и повышение концентрации углекислого газа. Это ведет к двум прогнозируемым последствиям: нехватке кислорода и парниковому эффекту.

      Нехватка  кислорода обусловлена, с одной стороны, сокращением его поступления из природных источников, а с другой – неуклонным увеличением его потребления. Основными причинами сокращения поступления кислорода в атмосферу является интенсивное загрязнение поверхностных вод Мирового океана и уменьшение общей площади лесных массивов. Установлено, что водная поверхность океана регенерирует около 50% атмосферного кислорода.

      Увеличение  потребления кислорода связано:

            - с ростом населения  земного шара, так как за сутки  при дыхании человек через  свои легкие пропускает до 120…150 м³ воздуха;

            - с широким внедрением технологических процессов, в которых окислительные реакции осуществляются за счет атмосферного кислорода.

      За  последние 25…30 лет транспорт и промышленность взяли из атмосферы больше кислорода, чем использовано человечеством за весь исторический период существования цивилизации. Так, авиалайнер при трансатлантическом полете сжигает около 100 т кислорода, а в США автомобили потребляют кислорода в 2 раза больше, чем его регенерирует природа на всей их территории. На вся техногенную деятельность человечество тратит 30…40 млрд т кислорода в год.

      Нарушение кислородного баланса будет иметь  глобальные последствия. Подсчитано, что  при 5%-ном ежегодном приросте потребления  свободного кислорода на технологические  нужды более чем через 100 лет  его содержание в гомосфере может  снизиться до критического для человека предела – до 17% (по массе). И тогда человечеству будет необходимо искать эффективные способы получения свободного кислорода из минералов земной коры.[1] 

3.2. Парниковый эффект 

      Для последних 20 лет характерны климатические аномалии. Так, среднегодовые глобально усредненные температуры воздуха у поверхности Земли были наивысшими за последние 130 лет. Во многих местах отмечены сильные региональные аномалии в виде засух или, наоборот, необычайно обильных осадков, наводнений и т.д. Среднегодовая температура за последнее столетия выросла примерно на полградуса. Не исключено, что это наибольшая скорость глобальных изменений за прошедший миллион лет. За 100 лет уровень Мирового океана увеличился на 10…15 мм. Частично это объясняется его тепловым расширением, частично – таянием ледников.

      Большинство ученых считает, что указанные аномалии вызваны изменением химического  состава атмосферного воздуха с  ростом концентрации углекислого газа.

      Суть  парникового эффекта заключается  в том, что парниковые газы хорошо пропускают солнечные излучение, доходящее до поверхности Земли и нагревающее ее, и заметно поглощают отраженное тепловое (длинноволновое) излучение нагретой поверхности и нижних слоев атмосферы. Часть этого поглощенного теплового излучения возвращается атмосферой к поверхности Земли. Не будь этого эффекта, средняя температура земной поверхности была бы на 3,2…5,0 градуса Цельсия ниже нынешних 14,5 градусов Цельсия.

      В 1956 г. во время первого Международного геофизического года на основе многочисленных измерений, проведенных вдали от городов и промышленных центров, было установлено, что концентрации углекислого газа по объему равна 0,028%. Проверка состава атмосферного воздуха в 1985 г. показала, что содержание углекислого газа в нем возросло до 0,034%. В настоящее время в атмосферу выбрасывается более 25 млрд т CO₂, при этом 45% дало сжигание угля, 40% - нефти и 15% - газа. Вклад стран в эти процессы показан в табл. 1. 
 

Таблица 1.

Вклад некоторых стран  в глобальный выброс CO₂[1]

      Согласно  расчетам, при таких темпах годовое  потепление для суши будет около 1 ккал/см² в год. Исходя из этого к 2025 г. вероятное повышение средней глобальной температуры составит 2,5 градусов Цельсия, а к 2050 г. – 3…4 градусов Цельсия. При этом рост температуры будет несколько выше для Северного полушария Земли. Расчеты показывают, что увеличение средней глобальной температуры на 1 градус Цельсия приведет к значительному изменению атмосферной циркуляции и условий увлажнения почвы. Последствием потепления будет подъем уровня Мирового океана на 0,5…1,5 м, что приведет к затоплению громадных прибрежных территорий, увеличению частоты и силы тайфунов, ураганов, торнадо и других глобальных возмущений атмосферы.

      Для территории России такое потепление скажется на смещении зон, оптимальных  для земледелия, на север и увеличении стока рек, текущих с севера на юг. Наряду с этим на севере и востоке  России начнет оттаивать вечная мерзлота, что усложнит сохранение возведенных здесь строительных сооружений.