Атмосфера. Ее рациональное использование и охрана

     Использование запасов кислорода увеличивается  одновременно с эквивалентным ростом выделения диоксида углерода в атмосферу. По данным ООН, за последние 100 лет количество СО2 в атмосфере Земли увеличилось  на 10 — 15%. Если намеченная тенденция  сохранится, то в третьем тысячелетии  количество СО2 в атмосфере может  возрасти на 25. Некоторое увеличение диоксида углерода в атмосфере сказывается  положительно на продуктивности сельскохозяйственных растений. Так, при насыщении воздуха  теплиц углекислым газом урожайность  овощей повышается за счет интенсификации процесса фотосинтеза. Однако с увеличением CO2 в атмосфере возникают сложные  глобальные проблемы, которые будут  рассмотрены ниже. 

4. Естественное  и искусственное загрязнение  атмосферы 

     Источники загрязнения атмосферы могут  быть естественными и искусственными. Естественные источники загрязнения атмосферы — извержения вулканов, лесные пожары, пыльные бури, процессы выветривания, разложение органических веществ. К искусственным (антропогенным) источникам загрязнения атмосферы относятся промышленные и теплоэнергетические предприятия, транспорт, системы отопления жилищ, сельское хозяйство, бытовые отходы.

     Естественное  загрязнение зачастую происходит из-за различных природных катастроф. При извержении вулканов в атмосферу  выбрасывается огромное количество газов, паров воды, твердых частиц, пепла и пыли. После затухания  вулканической деятельности общий  баланс газов в атмосфере постепенно восстанавливается. Так, в результате извержения вулкана Кракатау в 1883г. в атмосферу было выброшено около 150 млрд. т пыли и пепла. Мелкие пылевые частицы держались в верхних слоях атмосферы в течение нескольких лет. «Над Кракатау поднялась черная туча высотой около 27км. Взрывы продолжались всю ночь и были слышны на расстоянии 160км от вулкана. Газы, пары, обломки, песок и пыль поднялись на высоту 70 — 80км и рассеялись на площади свыше 827000км2» (Влодавец, 1973).

     При извержении вулканов происходит тепловое загрязнение атмосферы, так как  в воздух выбрасываются сильно нагретые вещества. Температура их, в том  числе паров и газов, такова, что  они сжигают все на своем пути.

     Существенно загрязняют атмосферу крупные лесные пожары. Чаще всего они возникают  в засушливые годы. В России наиболее опасны лесные пожары в Сибири, на Дальнем  Востоке, на Урале, в Республике Коми. В среднем за год площадь, пройденная пожарами, составляет около 700 тыс. га. В засушливые годы, например, в 1915г. она достигла 1 — 1,5 млн. га. Дым от лесных пожаров распространяется на огромные площади — около 6 млн. км. Памятным для жителей Подмосковья  остается лето 1972г., когда воздух в  течение всего лета был сизым  от дыма пожаров, видимость на дорогах  не превышала 20 — 30м. Горели лес и  торфяники. Прямой ущерб от лесных пожаров  в среднем составляет 200 — 250 млн. долл. Пожары лета 2010 – по официальным  опубликованным данным сгорело 500тыс. га леса, а ущерб составил 300 – 400млрд. долларов.

     В среднем за год сгорает и повреждается на корню до 20-25 млн. м³древесины.

     Пыльные бури возникают в связи с переносом сильным ветром поднятых с земной поверхности мельчайших частиц почвы. Сильные ветры - смерчи и ураганы - поднимают в воздух и крупные обломки горных пород, но они не держатся долго в воздухе. При сильных бурях в атмосферный воздух поднимается до 50 млн. т пыли. Причинами пыльных бурь являются засуха, суховеи; провоцируют их интенсивная распашка, выпас скота, сведение лесов и кустарников. Наиболее часты пыльные бури в степных, полупустынных и пустынных районах. В России катастрофические пыльные бури наблюдались в 1928-м, 1960-м, 1969-м, гг.

       Катастрофические явления, связанные  с извержением вулканов, лесными  пожарами и пыльными бурями, приводят  к возникновению светозащитного  экрана вокруг Земли, который  несколько изменяет тепловой  баланс планеты. В целом эти  явления имеют заметный, но локальный  эффект в отношении загрязнения  атмосферы. И совсем незначительный  местный характер носит загрязнение  атмосферного воздуха, связанное  с выветриванием и разложением  органических веществ.

     Искусственные источники загрязнения наиболее опасны для атмосферы. По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества антропогенного происхождения подразделяются на твердые, жидкие и газообразные, причем последние составляют около 90% от общей массы выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ.

     Проблема  загрязнения воздуха не нова. Более  двух столетий серьезные опасения вызывает загрязнение воздуха в крупных  промышленных центрах многих европейских  стран. Однако длительное время эти  загрязнения имели локальный  характер. Дым и копоть загрязняли сравнительно небольшие участки  атмосферы и легко разбавлялись массой чистого воздуха в то время, когда заводов и фабрик было немного. Быстрый рост промышленности и транспорта в XX в. привел к тому, что такое  количество выброшенных в воздух веществ не может больше рассеиваться. Их концентрация увеличивается, что  влечет за собой опасные и даже фатальные последствия для биосферы. Загрязнение атмосферного воздуха  в промышленных городах и городских  агломерациях значительно выше, чем  на прилегающих территориях.

     Особое  место среди источников загрязнения  атмосферы занимает химическая промышленность. Она поставляет диоксид серы (SO2), сероводород (H2S), оксиды азота (NO, NO2), углеводороды (СxНy) галогены (F2, Сl2) и др. Для химической промышленности характерна высокая концентрация предприятий, что создает повышенное загрязнение окружающей среды. Вещества, выделяемые в атмосферу, могут вступать в химические реакции друг с другом, образуя высокотоксичные соединения. Вместе с туманом и некоторыми другими природными явлениями в местах повышенной концентрации химических веществ возникает фотохимический смог. Часто при этом концентрации озона во много раз превосходят его нормальный уровень в воздухе у поверхности Земли, что опасно для жизни растений, животных и человека.

     С каждым годом возрастает роль автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы  выхлопными газами. В США на долю автотранспорта приходится 60% в общем, загрязнении атмосферы. С выхлопными газами в воздух поступают угарный  газ, оксиды азота, углеводороды, свинец и его соединения. Поступление  свинца и его соединений в воздух связано с тем, что к дизельному топливу и бензину для снижения детонации и повышения КПД  двигателей внутреннего сгорания добавляют  тетраэтилсвинец [ТЭС]. В результате при сгорании 1л такого бензина  в воздух попадает 200 — 400мг свинца. С начала 30-х гг., когда в топливо  автотранспорта стали добавлять  ТЭС, авиационные, автомобильные, судовые  и тепловозные двигатели стали  выбрасывать свинец во все возрастающем количестве. На 70 — 80% он состоит из частиц менее 1мкм. Известно, что городской  воздух содержит свинца в 20 раз больше, чем деревенский, и в 2000 раз больше, чем морской.

     Повышение концентрации ионов свинца в крови  человека до 0,80 част/млн. вызывает тяжелое  свинцовое отравление: анемию, головную и мышечную боль, потерю сознания. Средний  уровень свинца в крови американцев  — 0,25, у работников бензозаправочных станций — до 0,34 — 0,40. Наиболее высокая  концентрация свинца (0,40 — 0,60 част/млн.) оказывается в крови детей, играющих на мостовой в городских кварталах, так как выхлопные газы тяжелее воздуха и скапливаются в его приземном слое, которым дышат дети (Бондарев, 1976). Высокая концентрация выхлопных газов вблизи транспортных магистралей отрицательно сказывается на растениях, вызывая пожелтение листьев и ранний листопад, а в конечном итоге их гибель.

     Серьезные последствия имеет загрязнение  воздуха хлорфторметанами, или фреонами. С широким использованием фреонов  в холодильных установках, в производстве аэрозольных баллонов связано их появление на больших высотах, в  стратосфере и мезосфере. Высказываются  опасения относительно возможного взаимодействия озона с галогенами, которые выделяются из фреонов под действием ультрафиолетового  излучения. По данным специалистов, уменьшение слоя озонового экрана только на 7 — 12% 10-кратно увеличит  интенсивность  ультрафиолетового излучения, а  в связи с этим в несколько  раз возрастает число людей, заболевших раком кожи. Уменьшению слоя озонового  экрана способствуют газы, выделяемые турбореактивными самолетами, полеты ракет, разнообразные эксперименты, проводимые в атмосфере: вынос в  стратосферу медных опилок, иголок, кристаллов NaC1 и др.

     В атмосферу Земли ежегодно выбрасывается  в среднем более 400млн т главных  поллютантов (загрязнителей): диоксида серы, оксидов азота, оксидов углерода и твердых частиц. «Вклад» промышленно  развитых стран в загрязнение  атмосферы распределяется следующим  образом: по диоксиду серы — 12% (Россия), 21% (США); по оксидам азота — 6% (Россия), 20% (США); по оксиду углерода — 10% (Россия), 70% (США).

     Промышленность  России выбрасывает в атмосферу в среднем 19,5млн т загрязняющих веществ за год. По степени токсичности выбросов в атмосферу отрасли промышленности можно расположить следующим образом: цветная металлургия, химическая, нефтехимическая, черная металлургия, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная.

     На  одного жителя России приходится около 342кг выбросов в атмосферу в год. В 84 городах России загрязнение воздуха  более чем в 10 раз превышает  ПДК. Из 148 млн. россиян 109 млн. проживают  в неблагоприятных экологических  условиях с точки зрения загрязнения  атмосферного воздуха, в том числе 60 млн. человек при постоянном превышении ПДК токсичных веществ в воздухе. В связи с этим возрастает число  людей, особенно детей, страдающих от респираторных  заболеваний, от болезней органов кровообращения, аллергии, бронхиальной астмы и др.

     Увеличение  количества диоксида серы в воздухе  губительно для лесных массивов.

     Один  из наиболее опасных источников загрязнения  атмосферы представляет собой автомобильный транспорт. В 1900г. в мире было 11 тыс. автомобилей, в 1950г. — 48млн, в 1970г. — 181млн, в 1982г. — 330млн, в настоящее время — около 500млн автомобилей. Они сжигают сотни миллионов тонн невозобновимых запасов нефтепродуктов. В частности, только в Западной Европе автомобили (с двигателем внутреннего сгорания) потребляют около 45% всей расходуемой нефти. Подсчитано, что один автомобиль за год выбрасывает в атмосферу 600 — 800кг оксида углерода, около 200кг несгоревших углеводородов и около 40кг оксидов азота. В отработанных газах автомобилей содержится около 280 вредных компонентов, некоторые из них обладают канцерогенными свойствами. Автомобильный транспорт становится одним из основных источников загрязнения окружающей среды. В ряде зарубежных стран (Франция, США, Германия) автомобильный транспорт дает более 50 — 60% всего загрязнения атмосферы.

     В России количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от транспорта составляет 16,5 млн. т  в год (около 47% от общего количества выбросов), в том числе от автотранспорта 13,5 млн .т (около 82% от общего количества выбросов). В ряде регионов на долю транспорта приходится более половины выбросов.

     Структура выбросов автотранспорта в России: 84% — по СО, 33% — по оксидам азота, 73% — по углеводородам и т.д. практически не отличается от структуры выбросов автотранспорта других стран. В частности, в 1995г. во Франции выбросы автотранспорта в атмосферу составили: 90% — по СО, 75% — по оксидам азота, 1/3— по летучим органическим соединениям и твердым частицам.

     Особенно  велик «вклад» автотранспорта в  загрязнение воздушного бассейна крупных  городов. Так, в Москве он составляет более 75% выбросов. В ряде городов  доля выбросов автотранспорта на фоне снижения выбросов от промышленных предприятий  еще выше: Батайск — 86%, Ростов-на-Дону — 88%, Азов— 39%. Определяющая доля выбросов приходится на грузовые автомобили и  легковые индивидуального пользования.

     Радиоактивное загрязнение атмосферы. Радиоактивные вещества относятся к особо опасным для людей, животных и растений. Источники радиоактивного загрязнения в основном техногенного происхождения. Это экспериментальные взрывы атомных, водородных и нейтронных бомб, различные производства, связанные с изготовлением термоядерного оружия, атомные реакторы и электростанции; предприятия, где используются радиоактивные вещества; станции по дезактивации радиоактивных отходов; хранилища отходов атомных предприятий и установок; аварии или утечки на предприятиях, где производится и используется ядерное топливо. Естественные источники радиоактивного загрязнения в основном связаны с выходом на поверхность урановых руд и горных пород, имеющих повышенную природную радиоактивность (граниты, гранодиориты, пегматиты).

     Большую опасность для людей, растений и  животных представляют испытания ядерного оружия, аварии и утечки на предприятиях, где используется ядерное топливо.

     Радиоактивное загрязнение атмосферы чрезвычайно  опасно, так как радионуклиды с  воздухом попадают в организм и поражают жизненно важные органы человека. Его  влияние сказывается не только на ныне живущих поколениях, но и на их потомках из-за появления многочисленных мутаций. Не существует такой малой дозы ионизирующего излучения, которая была бы безопасна для человека, растений и животных. Даже в районах умеренного радиоактивного загрязнения увеличивается число людей, заболевших лейкозами.

     В настоящее время радиоактивное  загрязнение атмосферного воздуха  над территорией России определяется глобальным повышенным радиационным фоном, который был создан в результате проводившихся ранее ядерных  испытаний, радиоактивным загрязнением после катастрофических аварий, случившихся  в 1957г. на военном производственном объединении (ПО) «Маяк» и в 1986г. на Чернобыльской  АЭС. В результате аварии на ПО «Маяк» произошла утечка радиоактивных отходов, сбрасываемых и хранившихся в «бессточном» озере. В 1957г. радиоактивный фон озера составлял 120 млн кюри, что в 24 раза больше, чем фон разрушенного реактора Чернобыльской АЭС. После аварии на ПО «Маяк» радиоактивными веществами была загрязнена площадь 23 тыс. км2. Загрязнение атмосферы также произошло в результате переноса ветром радиоактивной пыли с берегов и со дна озера, обнажившегося после засухи.