Источники и разновидности загрязнения атмосферы. Последствия глобального загрязнения атмосферы.

 

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано рпиродными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность вы-ветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др. Антропо-генное загрязнение связано с выбросом различных загррязняю-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-шейным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйствен-ная зона и др.). При региональном загрязнении в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные пространства, 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, углеводород и др.-2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др. 3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещест-ва и прочие).

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной дея­тельности человека — „Диоксид серы (SО₂), оксиды азота(NО_х), оксид углерода (СО) и "Твердые частицы. На их долю прихо­дится околе 98% вобщем объеме выбросов вредных веществ Помимо главных загрязнителей, в атмосфере города)^{и по}" селков наблюдается епДе более 70 наименований вредных ве­ществ, среди которых — формальдегид, фтористый водород соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно» концентрации главных загрязнителей (диок­сид серы и др.) наиболее часто превышают допустимые уров­ни во'многих городах России.

Суммарный мировой выброс в атмосферу четырех глав­ных загряз пителей (птоллютантов) атмосферы составил в 1990 г. — 401 млн т, а в России в 1991 г. — 26,2 млн т (табл. 13.1). Кроме указанных главных загрязнителей в ат-мосферу попадает много других очень опасных токсичных ве­ществ: свингец, ртуть, нкадмий и другие тяжелые металлы (ис­точники выброса: автомобили, плавильные заводы и дь); уг­леводороды (С HJ, сриеди них наиболее опасен бенз(а)пирен, обладающий канцерогенным действием (выхлопные газЛ топ­ка котлов и др-), альдегиды, и в первую очередь формальдегид, сероводород, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры) и др.

Наиболее опасное загрязнение атмосферы — радиоактив­ное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопа­ми — продуктами испытания ядерного оружия, проводивших­ся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы за­грязняют 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 резуль­тате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. суммарный вы­брос радиоактивных веществ в атмосферу составил 77 кг.

Еще одной формой загрязнения атмосферы является ло­кальное избыточное поступление тепла от антропогенных ис­точников. Признаком теплового (термического) загрязнения ат­мосферы служат так называемые термические зоны, например, «остров тепла» в городах, потепление водоемов и т. п.

 

Основные источники загрязнения Атмосферы

В настоящее время «основной вклад» в загрязнение атмо­сферного воздуха на территории России вносят следующие от­расли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), далее предпри­ятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, авто­транспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов.

Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмо­сферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и ФРГ приходится на авто­транспорт (50—60%), тогда как на долю теплоэнергетики зна­чительно меньше, всего 16—20%.

Тепловые и атомные электростанции. Котельные уста­новки^ В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного (ди­оксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. Объем энергетиче­ских выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектро­станция мощностью 2,4 млн кВт расходует в сутки до 20 тыс. т угля и выбрасывает в атмосферу за это время 680 т S0₂ и S0₃, 120—140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота.

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает вы­бросы 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, ра­диоактивные инертные газы и аэрозоли. Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы — отопительная сие- | тема жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, j но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой вы- 1, соты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентра­циях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черпая и цветная металлургия. При выплавке одной тон-1 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 загрязнители, как мар­ганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются па- j ротазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бен­зола, аммиака и других токсичных веществ. Существенно за­грязняется атмосфера также на агломерационных фабриках, при доменном и ферросплавном производствах.

Значительные выбросы отходящих газов и пыли, содержа­щих токсичные вещества, отмечаются на заводах цветной ме­таллургии при переработке свинцово-цинковых, медных, суль­фидных 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, значи­тельного разнообразия и ковцентрированности, представляют значительную угрозу для человека и всей биоты. На разнооб­разных химических производствах атмосферный воздух загряз­няют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные га­зы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т. п.).

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколь­ко сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное та- \ личество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в крупных городах. Так, в г. Москве на долю автотранспорта приходится 80 % от общего количества вы­бросов в атмосферу. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат огромное коли­чество токсичных соединений — бенз(а)пирена, альдегидов

Наблюдаемое в настоящее время изменение климата, ко­торое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры начиная со второй половины прошлого века, боль­шинство ученых связывают с накоплением в атмосфере так на­зываемых «парниковых газов» — диоксида углерода (С0₂), метана (СН₄), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (0₃), оксидов азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь С0₂, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. По Г. Хефлингу (1990), атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с дру­гой — почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Зем­лей..

В связи со сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля й др. (ежегодно более.9 млрд т условного топлива) — концентрация С0₂ в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фре­онов (хлорфторуглеродов). На 1—1,5% в год увеличивается со­держание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы, выделения крупным рогатым скотом и др.). В меньшей степени растет содержание в атмосфере и ок-„ сада азота (на 0,3"% ежегодно).

Следствием увеличения концентраций этих газов, создаю­щих «парниковый эффект», является рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности. За последние 100 лет наиболее теплыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В 1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4 "Свыше, чем в 1950—1980 гг. Расчеты некоторых ученых показывают, что в 2005 г. она повысится на 1,3 °С по сравнению с 1950— 1980 гг. В докладе, подготовленном под эгидой ООН междуна­родной группой по проблемам климатических изменений, ут­верждается, что к 2100 г. температура на Земле станет выше 2—4 градуса. Масштабы потепления за этот относительно ко­роткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с предполагаемым повышением уровня Мирового океана вследствие таяния полярных льдов, сокращения площа­дей горного оледенения и т. д. Моделируя экологические по­следствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5—2,0 м к концу XXI в., ученые установили, что это неизбежно приве-дет к нарушению климатического равновесия, затоплению при­морских равнин в более чем 30 странах, деградации мнотолет-немерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагоприятным последствиям.

Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном по­теплении климата и положительные экологические последствия (Вронский, 1993; Парниковый эффект..., 1989). Повышение кон­центрации С0₂ в атмосфере и связанное с ним увеличение фото­синтеза, а также увеличение увлажнения климата могут, по их мнению, привести к росту продуктивности как естественных фи-тоценозов (лесов, лугов, саванн и др.), так и агроценозов (куль­турных растений, садов, виноградников и др.).

По вопросу о степени влияния парниковых газов на гло­бальное потепление климата также нет единства во мнениях. Так, в отчете Межправительственной группы экспертов по про­блеме изменения климата (1992) отмечается, что наблюдаемое в последнее столетие потепление климата на 0,3—0,6 "Смогло быть обусловлено преимущественно природной изменчивостью ряда климатических факторов.

В связи с этими данными академик К. Я. Кондратьев (1993) считает, что нет никаких оснований для одностороннего увле­чения стереотипом «парникового» потепления и выдвижения задачи по сокращению выбросов парниковых газов как централь­ной в проблеме предотвращения нежелательных изменений гло­бального климата.

По его мнению, важнейшим фактором антропогенного воз­действия на глобальный климат является деградация биосфе­ры, а следовательно, в первую очередь необходимо заботиться о сохранении биосферы как основного фактора глобальной эко­логической безопасности. Человек, используя мощность поряд­ка 10 ТВт разрушил или сильно нарушил на 60% суши нор­мальное функционирование естественных сообществ организ­мов (Данилов-Данильян, Горшков и др., 1995). В результате из биогенного круговорота веществ изъята значительная их мас­са, которая ранее затрачивалась биотой на стабилизацию кли­матических условий. На фоне постоянного сокращения площа­дей с ненарушенными сообществами деградированная, резко снизившая свою ассимилирующую емкость биосфера становится важнейшим источником повышенного выброса в атмосферу циоксида углерода и других парниковых газов.

На международной конференции в Торонто (Канада) в 1985 г. перед энергетикой всего мира поставлена задача сократить к 2005 г. на 20% промышленные выбросы углерода в атмосферу. На Конференции ООН в Киото (Япония) в 1997 г. правитель­ствами 84 стран мира подписан Киотский протокол, по которо­му страны должны выбрасывать антропогенный углекислый газ не больше, чем они выбрасывали его в 1990 г. Но очевидно, что ощутимый экологический эффект может быть получен лишь при сочетании этих мер с глобальным направлением экологической политики — максимально возможным сохранением сообществ организмов, природных экосистем и всей биосферы Земли.

Нарушение озонового слоя

Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной кон­центрацией озона на высоте 20—25 км. Насыщенность атмо­сферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, дос­тигая максимума весной в приполярной области.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой бы­ло обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержа­нием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьше­ние озонового слоя практически на всей планете. Так, напри­мер, в России за последние 10 лет концентрация озонового слоя снизилась на 4—6% в зимнее время и на 3% — в летнее.

В настоящее время истощение озонового слоя признано все­ми как серьезная угроза глобальной экологической безопасно­сти. Снижение концентрации озона ослабляет способность ат­мосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультра­фиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весь­ма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии да­же одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не слу­чайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается рост заболе­ваемости людей раком кожи и др. Так, например, по мнениюряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении ны­нешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком ко­жи дополнительно 6 млн человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подав­ление иммунной системы и т. д.

Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способ­ность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планк­тона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных эко­систем, и т. д.

Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как ес­тественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более веро­ятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеро-дов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распы­лители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосфе­ру, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губитель­но действующего на молекулы озона.

По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов (фре­онов) являются США — 30,85%, Япония — 12,42; Великобри­тания — 8,62 и Россия — 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн км², Япония — 3 млн км², что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и в ряде западных стран построены заводы по производ­ству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя.

Согласно протоколу Монреальской конференции (1987 г.), пересмотренному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене (1992 г.), предусматривалось снижение выбросов хлорфторуг­леродов к 1998 г. на 50%. В соответствии с Законом РФ «Об охране окружающей среды» (2002) охрана озонового слоя ат­мосферы от экологически опасных изменений обеспечивается посредством регулирования производства и использования ве­ществ, разрушающих озоновый слой атмосферы, на основе международных договоров Российской Федерации и ее законодательства. В будущем необходимо продолжать решать про­блему защиты людей от УФ-радиации, поскольку многие из хлоре] лоруглеродов могут сохраняться в атмосфере сотни лет. Ряг., ученых продолжают настаивать на естественном про-исхожпении «озоновой дыры». Причины ее возникновения одни видят is естественной изменчивости озоносферы, циклической активн зети Солнца, другие связывают эти процессы с рнфто-генезсп и дегазацией Земли.

Кислотные дожди

Од ia из важнейших экологических проблем, с которой свя­зываю" окисление природной среды, —кислотные дожди. Об­разую] ся они при промышленных выбросах в атмосферу диок­сида сЕры и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты (рис. 13.3). В ре­зультате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже £,6). В Баварии (ФРГ) в августе 1981 г. выпадали дождис кислотностью рН=3,5. Максимальная зарегистрированная ки­слотность осадков в Западной Европе — рН = 2,3.

Суммарные мировые антропогенные выбросы двух глав­ных загрязнителей воздуха — виновников подкисления ат­мосферной влаги — S0₂ и NO_x составляют ежегодно более 255 млн т (1994 г.). На огромной территории природная сре­да закисляется, что весьма негативно отражается на состоя­нии всех экосистем. Выяснилось, что природные экосисте­мы подвергаются разрушению даже при меньшем уровне за­грязнения воздуха, чем тот, который опасен для человека. «Озера и реки, лишенные рыбы, гибнущие леса —• вот пе­чальные последствия индустриализации планеты» (X. Френч, 1992).

Опасность представляют, как правило, не сами кислот­ные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные веще­ства, но и токсичные тяжелые и легкие металлы — свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или обра­зующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма нега­тивным последствиям. Например, возрастание в подкислен­ной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг на один литр летально для рыб. Резко сокращается развитие фито­планктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся менее доступными для усвоения. Алюминий снижает также прирост древесины. Токсичность тяжелых металлов (кадмия, свинца и др.) про­является еще в большей степени.

Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских стра­нах страдают от действия сложной смеси загрязняющих ве­ществ, включающей кислотные дожди, озон, токсичные ме­таллы и др. Так, например, гибнут хвойные горные леса в Ба^ варии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных ле­сов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость ле­сов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приво-