Последствия загрязнения атмосферы.

Источники и причины загрязнения атмосферы

В атмосферу современного города с технологическими выбросами промышленных предприятий, тепловых электростанций, выхлопными газами авто и авиатранспорта поступают пыль, зола, оксиды серы, углерода, азота, фенол, тяжелые металлы и другие вещества. Часть соединений серы и азота выпадает из атмосферы в виде аэрозолей и пыли, другая – растворяется в водяных каплях и в виде кислотных дождей загрязняет почву, реки, озера, растения.

Загрязнители, попадающие в атмосферу, разносятся воздушными течениями, реагируют с другими загрязнителями, перемешиваются, в результате чего в некоторых случаях их воздействие на окружающую среду и здоровье человека оказывается более сильным, чем действие каждого из них в отдельности.

Задымление воздуха ведет к ухудшению микроклимата городов, увеличивается количество туманных дней, уменьшается прозрачность атмосферы, снижается освещенность, уменьшается ультрафиолетовая радиация.

Особенно неблагоприятно действуют на организм человека попадающие в атмосферу тяжелые металлы. Они являются, как правило, ядами широкого спектра действия, т.е. поражают центральную нервную систему, печень, почки обладают мутагенными и канцерогенным действиям. Наиболее опасными среди них являются свинец, ртуть и хром. Токсичными являются цинк, медь, марганец и др.

В эпоху научно-технического прогресса человечество вышло на качественно новый этап взаимодействия с природой. Результатом этого стало возникновение угрозы нормальному существованию присущих природе круговоротов. Если раньше жизнепригодное состояние природной среды вполне обеспечивалось естественными механизмами саморегуляции, то сейчас эти возможности существенно подорваны, а где-то и исчерпаны полностью.

В результате возникают последствия, которые я рассмотрела на примере загрязнения атмосферы.

Последствия, вызываемые загрязнением атмосферы

Одним из основных источников загрязнения атмосферы является транспорт. В последние годы транспортные загрязнения составляют около 40% от общих выбросов. С выхлопными газами автомобилей ежегодно в воздух попадает 250 тыс. т. свинца. Кроме того, в атмосферу попадают твердые частицы: пыль, копоть, сажа. Только при производстве цемента почти пятая его часть, а это более ПО млн. т, выбрасывается в атмосферу в виде пыли.

К числу наиболее значительных антропогенных изменений в атмосфере относятся:

· Парниковый эффект

· Разрушение озонового слоя

· Кислотные дожди

· Фотохимический смог

Основные способы борьбы с загрязнением атмосферы

К таким способам относятся:

1. Контроль за качеством атмосферного воздуха. В России такой контроль ведется более чем в 450 городах и промышленных центрах в основном по содержанию пыли, двуокиси серы, окислов серы, окиси углерода.

2. Внедрение безотходных и малоотходных производств.

3. Внедрение газоочистных и пылеулавливающих установок на промышленных предприятиях.

4. Уменьшение вредных выбросов автотранспорта в атмосферу.

5. Применение автоматизированных систем управления (АСУ) городским транспортом.

6. Организация пешеходных зон с полным запретом въезда транспорта.

Таким образом, решение проблемы загрязнения атмосферы – сложная задача, требующая больших средств, проведения целого ряда комплексных мероприятий.

Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество или биологический вид (в основном микроорганизмы), попадающие в окружающую среду или образующиеся в ней в количестве выше естественных. Под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе газов, паров, частиц, твердых и жидких веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияют на человека, животных, растения, климат, материалы, здания и сооружения.

По происхождению загрязнения делят на природные, вызванные естественными, часто аномальными процессами в природе, и антропогенные, связанные с деятельностью человека.

С развитием производственной деятельности человека все большая доля в загрязнении атмосферы приходится на антропогенные загрязнения. Их подразделяют на локальные и глобальные. Локальные загрязнения связаны с городами и промышленными регионами. Глобальные загрязнения влияют на биосферные процессы в целом на Земле и распространяются на огромные расстояния. Так как воздух находится в постоянном движении, вредные вещества переносятся на сотни и тысячи километров. Глобальное загрязнение атмосферы усиливается в связи с тем, что вредные вещества из неё выпадают на почву, в водоемы, а затем снова поступают в атмосферу.

Загрязнители атмосферы разделяют на механические, физические и биологические. Основные вредные примеси атмосферы и их источники приведены в таблице.

	Основные источники	Основные источники	Среднегодовая концентрация в воздухе, мг/м^3
Загрязнения	естественные	антропогенные
Твердые час-тицы (зола, пыль и др.)	Вулканические из-вержения, пыле-вые бури, лесные пожары и пр.	Сжигание топлива в про-мышленных и бытовых установках, промышлен-ность строительных материалов	В городах 0,04-0,4
SO2	Вулканические из-вержения, окисле-ние серы и суль-фатов, рассеянных в море	То же	В городах до 1,0
NО	Лесные пожары	Промышленность, авто-транспорт, теплоэлект-ростанции	В районах с раз-витой промыш- ленностью до 0,2
СО	Лесные пожары, выделение океанов, окисление терпе-нов	Автотранспорт, промыш-ленные энергоустановки, черная металлургия	В городах от 1,0 до 50
Летучие угле-водороды, га-логеноуглеро-ды (фреоны)	Лесные пожары, природный метан, природные терпены	Автотранспорт, дожи-гание отходов, испа-рение нефтепродуктов, холодильная техника	В районах с раз-витой промыш-ленностью до 3,0
Полицикли-ческие, аро-матические углеводороды		Автотранспорт, химичес-кие заводы, нефтепе-рерабатывающие заводы	В районах с развитой про-мышленностью до 0,01

Табл. 2. Загрязнения атмосферы и их источники.

Механические загрязнения - пыль, фосфаты, свинец, ртуть. Они образуются при сжигании органического топлива и в процессе производства строительных материалов.

К физическим загрязнениям относятся:

· тепловые (поступление в атмосферу нагретых газов);

· световые (ухудшение естественной освещённости местности под воздействием искусственных источников света);

· шумовые (как следствие антропогенных шумов);

· электромагнитные (от линий электропередач, радиотелевидения, работы промышленных установок);

· радиоактивные, cвязанные с повышением уровня поступления радиоактивных веществ в атмосферу.

Биологические загрязнения, в основном, являются следствием размножения микроорганизмов и антропогенной деятельности (теплоэнергетика, промышленность, транспорт, действия вооруженных сил). Производство строительных материалов дает до 10% всех загрязнений. Большое количество загрязнений поступает в атмосферу при работе цементной промышленности, при добыче и обработке асбеста.

Самыми распространенными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы S₂, оксид азота О_х, углеводороды СН и пыль.

Количество ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ приведено в табл. 3.

	Выбросы, млн. т	Выбросы, млн. т	Доля антропогенных примесей от общих поступлений, %
Вещество	естественные	антропогенные
Твердые частицы
СО	3700	1000	27
СН<	5000	304	5,7
NOx	2600	88	3,3
S02	770	53	6,5
СОг	650	150	13,3
	485000	~22000	4,5

Табл. 3. Количество ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ.

Из таблицы 3 следует, что одним из основных по массе загрязнителей атмосферы является углекислый газ. В XX веке наблюдается рост концентрации СО₂ в атмосфере, доля которого с начала века увеличилась почти на 25%, а за последние 10 лет - на 13%.

Выброс СO₂ в окружающую среду неразрывно связан с потреблением и производством энергии, что видно из рис. 1.

 

Рис. 1. Потребление энергии и выбросы CO₂.

Мировое потребление энергии

Выбросы CO₂, млрд.т.

Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная с повышением температуры вследствие так называемого парникового эффекта. Сущность этого явления заключается в том, что отражающиеся от поверхности земли инфракрасные лучи солнца задерживаются атмосферой с повышенным содержанием СО₂, СН₄ и других загрязнений, что приводит к повышению температуры воздуха, а, следовательно, и к серьезным изменениям климата. В Северном полушарии поверхностная температура в настоящее время на 0,4°С выше, чем в 1950-1980 гг. В будущем предполагается дальнейший рост температуры: в среднем на 1,3°С к 2000 г., на 2-4°С к 2050 г., что видно из рис. 2. Поэтому за счёт таяния ледников и полярных льдов в ближайшие 25 лет ожидается повышение уровня Мирового океана на 10 см.

 

Рис. 2. Глобальная тенденция роста среднегодовой температуры в 1950-2000 гг.

 

Наиболее часто загрязняющие вещества проникают в организм через органы дыхания. Суточный объем вдыхаемого воздууха для одного человека составляет 6-12 м³. При нормальном пихании с каждым вдохом в организм человека поступает от 0,5 по 2 л воздуха.

Вдыхаемый воздух через трахею и бронхи попадает в альвеолы легких, где происходит газообмен между кровью и лимфой. В зависимости от размеров и свойств загрязняющих веществ их поглощение происходит по-разному. Грубые частицы задерживаются в верхних дыхательных путях и, если они не токсичны, могут вызвать заболевание, которое называется пылевой бронхит. Тонкие частицы пыли (0,5-5 мкм) достигают альвеол и могут привести к профессиональному заболеванию, которое носит общее название пневмокониоз.

Человек может долго жить без пищи (30-45 суток), без воды - 5 суток, без воздуха - только 5 минут. Вредные воздействия разнообразных и пылевидных промышленных выбросов на человека определяются количеством загрязняющих веществ, поступающих в организм, их состоянием, составом и временем воздействия. Атмосферные загрязнения могут оказывать на здоровье человека малое влияние, а могут привести к полной интоксикации организма.

Разрушительное воздействие промышленных загрязнений зависит от вида вещества. Хлор наносит урон органам зрения и дыхания. Фториды, попадая в организм человека через пищеварительный тракт, вымывают кальций из костей и снижают содержание его в крови. При вдыхании фториды отрицательно воздействуют на дыхательные пути. Гидросульфид поражает роговицу глаз и органы дыхания, вызывает головные боли. При высоких концентрациях возможен летальный исход. Дисульфид углерода является ядом нервного действия, что может вызвать психическое расстройство.

Острая форма отравления приводит к наркотической потере сознания. Опасны для вдыхания пары или соединения тяжелых металлов. Вредны для здоровья соединения бериллия. Диоксид серы поражает дыхательные пути. Оксид углерода препятствует переносу кислорода, от чего наступает кислородное голодание организма. Продолжительное вдыхание оксида углерода может оказаться смертельным для человека.

Наиболее опасны в малых концентрациях в атмосфере альдегиды и кетоны. Альдегиды оказывают раздражающее воздействие на органы зрения и обоняния, являются наркотиками, разрушающими нервную систему. Нервную систему поражают также фенольные соединения и органические сульфиды.

Наличие пыли в атмосфере, помимо вышеуказанных отрицательных последствий, уменьшает поступление к поверхности Земли ультрафиолетовых лучей. Наиболее сильно влияние загрязнений на здоровье человека проявляется в период смогов. В это время ухудшается самочувствие людей, резко возрастает число легочных и сердечно - сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.

Загрязнения атмосферы вредно сказываются и на растениях. Разные газы оказывают различное влияние на растения, причем восприимчивость растений к одним и тем же газам неодинакова. Наиболее вредны для них сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота. Загрязняющие атмосферу вещества отрицательно влияют на сельскохозяйственные растения как за счет непосредственного отравления зеленой массы, так и интоксикации почвы.

Загрязнение атмосферы промышленными выбросами существенно усиливает эффект коррозии. Кислотные газы способствуют коррозии стальных конструкций и материалов. Диоксид серы, оксиды азота, гидрохлорид при соединении с водой образуют кислоты, усиливая химическую и электрохимическую коррозию, разрушают органические материалы (резину, пластмассы, красители). На стальные конструкции отрицательно действует хлор. Даже незначительное содержание нитратов в атмосфере вызывает коррозию меди и латуни. Аналогично действуют и кислотные дожди: снижают плодородие почв, отрицательно воздействуют на флору и фауну, сокращаются сроки службы электрохимических покрытий, особенно хромоникелевых красок, снижается надежность работы машин и механизмов, под угрозой находятся более 100 тыс. образцов цветного стекла.

Одной из наиболее серьезных проблем, связанных с загрязнением атмосферы, является возможное изменение климата от воздействия антропогенных факторов, которые вызывают:

· непосредственное воздействие на состояние атмосферы, связанное с повышением или понижением температуры и влажности воздуха;

· изменение физических и химических свойств атмосферы, её радиационных и электрических характеристик, изменение состава тропосферы (увеличение концентрации диоксида углерода, оксидов азота, хлорфторуглеродов, метана, озона, криптона, пылевых аэрозолей);

· изменение состояния и свойств верхних слоев атмосферы, озонового экрана под действием фреонов и оксидов азота, а также появление аэрозоля в стратосфере (извержение вулканов);

· изменение отражательной способности Земли, влияющее на взаимодействие элементов климатической системы (газообмен между океаном и атмосферой, изменение влажности атмосферы).

Любые колебания климата влияют на состояние и жизнедеятельность человека. При изменении температуры воздуха и осадков изменяются распределения водных ресурсов, условия развития человеческого организма.

Изменение климата оказывает влияние на сельское хозяйство. При потеплении увеличивается продолжительность вегетационного сезона (на 10 дней на каждый ^oС повышения температуры). Повышение концентрации диоксида углерода приводит к повышению урожайности.

К антропогенным процессам относятся разрушения озонного экрана, которые вызываются:

· работой холодильников на фреоне и аэрозольных установках;

· выделением NO₂ в результате разложения минеральных удобрений;

· полетами самолетов на большой высоте и запуски ракетоносителей спутников (выброс оксидов азота и паров воды);

· ядерными взрывами (образования оксидов азота);

· процессами, способствующими проникновению в стратосферу соединений хлора антропогенного происхождения, а также метилхлороформа, четыреххлористого углерода, хлористого метила.

По оценкам ученых, в настоящее время содержание озона уменьшается ежегодно примерно на 0,1%. Если выброс фреона будет продолжаться на уровне 1975 г., то уменьшение содержания озона через 100 лет может составить 11-16%, а через 50 лет - 5-8%. В ближайшие годы антропогенное воздействие на атмосферу мало повлияет на содержание озона, но приведет к заметному перераспределению его по высоте. Это существенно может изменить климат и вызвать другие негативные последствия.

В результате антропогенной деятельности в верхних слоях атмосферы (ионосфере) появляются зоны с пониженной электронной концентрацией (ионосферные дыры). Это происходит вследствие накопления диффузии различных веществ при запуске мощных ракет, под влиянием электромагнитных излучений мощных передающих устройств. Вред приносят выбросы воды и водосодержащих соединений при запуске ракет. В связи с этим состояние ионосферы может существенно измениться, ухудшится способность передачи радиосигналов на большие расстояния.

Антропогенное воздействие на атмосферу приводит к ионизации воздуха, определяющей электрические свойства атмосферы. Изменение электрических свойств атмосферы более чем на 10% приведет к нежелательным эффектам и усугублению проблем электротравматизма.

Развитие техники сопровождается ростом числа и мощности источников ионизирующего излучения, к которым относятся АЭС, предприятия, добывающие и перерабатывающие ядерное топливо, хранилища отходов, научно-исследовательские институты, испытательные полигоны.

Дозы облучения вокруг предприятий по переработке ядерного топлива на расстоянии до 200 км колеблются от 0,1 до 65% от естественного фона излучения. При несоблюдении нормативных требований и правил радиационной безопасности уровни ионизирующего воздействия резко возрастают.

Наибольшую опасность представляют аварийные режимы работы указанных объектов и ядерные испытания. За время существования атомной энергетики на 370 ядерных реакторах произошло более 150 аварий с утечкой радиоактивных веществ.  Авария на 4 блоке Чернобыльской АЭС в первые дни привела к повышению уровня радиации над естественным фоном в 1000-1500 раз в зоне около АЭС и в 10-20 раз в радиусе 200-250 км. При авариях все продукты ядерного деления высвобождаются в виде аэрозолей (за исключением редких газов и йода) и распространяются в атмосфере в зависимости от силы и направления ветра. Размеры облака в поперечнике могут изменяться от 30 до.400 м, а размеры зон загрязнения могут иметь радиус до 180 км при мощности реактора 100 МВт.

Развитие атомной энергетики сопровождается ростом радиоактивных отходов, образующихся при добыче и переработке ядерного топлива. Активность этих отходов нарастает с каждым годом, к 2000 г. составила 1,11*10²²Бк, и представляет серьёзную опасность для окружающей среды.

Демонстрационный опыт. Действие кислот на карбонаты.

В опыте используют скорлупу куриного яйца, на которую действуют раствором соляной кислоты. С помощью известковой или баритовой воды доказывают выделение в реакции углекислого газа. Опыт иллюстрирует факт снижения численности птиц в районах выпадения кислотных дождей.