Значение атмосферного воздуха. Загрязнение атмосферного воздуха

1. Введение

Из всех составных частей биосферы для нормальной жизнедеятельности  человека, прежде всего, нужен воздух. Без еды человек может прожить  до пяти дней, а без воздуха не более пяти минут. Но потребляемый воздух должен отвечать определённым санитарным требованиям, иначе он вызовет острые или хронические заболевания.

В результате промышленных выбросов воздух многих зарубежных городов загрязнен  настолько, что днем почти не видно  солнца. Промышленная пыль представляет собой один из основных видов загрязнения  атмосферы. Вред, причиняемый пылью  и золой, является глобальным. Запыленная атмосфера плохо пропускает ультрафиолетовую радиацию, обладающую бактерицидными свойствами, и препятствующую самоочищению атмосферы. Пыль засоряет слизистые  оболочки дыхательных органов и  глаз, раздражает кожные покровы человека, является переносчиком бактерий и вирусов, снижает освещенность улиц, заводских  зданий, жилищ, вызывая перерасход электроэнергии. Сажа, являющаяся компонентом пыли и представляющая собой практически  чистый атмосферный углерод, увеличивает  заболеваемость раком легких.

Всем известно, что важную роль во всех природных процессах играет атмосфера. Она служит надежной защитой от вредных космических излучений, определяет климат данной местности и планеты в целом. Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды, её животворным источником. Беречь его, сохранять в чистоте - значит сохранять жизнь на Земле. Таким образом, решение проблемы загрязнения атмосферы является одной из главных задач современного общества. И решение этой проблемы заключается не в ограничении развития человеческого общества, а в оптимизации его отношений с природой, в разумном преобразовании природы, рациональном использовании её ресурсов в интересах нынешнего и будущих поколений.

2. Химический состав атмосферного воздуха 

Воздух — естественная смесь газов, главным образом азота и кислорода, составляющая земную атмосферу. Воздух необходим для нормального существования подавляющего числа наземных живых организмов: кислород, содержащийся в воздухе, в процессе дыхания поступает в клетки организма и используется в процессе окисления, в результате которого происходит выделение необходимой для жизни энергии (метаболизм, аэробы). В промышленности и в быту кислород воздуха используется для сжигания топлива с целью получения тепла и механической энергии в двигателях внутреннего сгорания. Из воздуха методом сжижения получают инертные газы. В соответствии с Федеральным Законом «Об охране атмосферного воздуха» под атмосферным воздухом понимается «жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений». 

Чистый атмосферный  воздух у поверхности Земли имеет  следующий химический состав:

• кислород — 20,93%
• углекислота -0,03-0,04%
• азот — 78,1%
• аргон, гелий, криптон и др. — около 1 %.

Содержание  указанных частей в чистом воздухе  постоянно. Изменения происходят чаще всего за счет ее загрязнения различными выбросами промышленных и сельскохозяйственных предприятий, выхлопными газами автотранспорта. В жилых помещениях изменения  вызваны прежде всего газообразными  продуктами жизнедеятельности людей и некоторыми бытовыми устройствами (газовые плиты).

• Кислород. Это важнейшая составная часть воздуха. Его биологическое значение для человека состоит прежде всего в обеспечении окислительных процессов в организме. Взрослый человек в покое поглощает в среднем 12 л кислорода в час, а при физической работе — в 10 раз больше. Значительное количество кислорода воздуха расходуется на окисление органических веществ, содержащихся в нем, воде, почве, и на процессы горения.
• Озон. Это химически неустойчивый изомер кислорода. Общебиологическое значение озона состоит в его способности поглощать коротковолновую ультрафиолетовую солнечную радиацию, губительно действующую на все живое. В природе он образуется при электрических разрядах, в процессе испарения воды, при действии ультрафиолетовых лучей. В свободной атмосфере наиболее высокие его концентрации наблюдаются во время грозы, в горах и в хвойных лесах.
• Двуокись углерода, или углекислый газ. Этот газ образуется в результате окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме людей и животных, горения топлива, гниения органических веществ. Количество углекислого газа в атмосфере колеблется от 0,03 до 0,04%. В воздухе городов концентрация углекислого газа увеличивается за счет промышленных выбросов — до 0,045%, в жилых и общественных зданиях (при плохой вентиляции) — до 0,6—0,8%. Взрослый человек в покое выделяет в среднем 22 л углекислоты в час, а при физической работе - в 2-3 раза больше.
• Азот. Азот атмосферы — индифферентный для человека газ, он служит как бы разбавителем других газов. Количество азота во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе одинаково. В условиях повышенного давления вдыхание азота может оказать наркотическое действие.
• Окись углерода. Это газ, образующийся при неполном сгорании органических веществ, не обладающий ни цветом, ни запахом. Концентрация окиси углерода в атмосферном воздухе зависит прежде всего от интенсивности автомобильного движения. В свободной атмосфере ее источником служат выбросы промышленных предприятии и электростанций. Проникая через легочные альвеолы в кровь, она образует с гемоглобином карбооксигемоглобин, в результате гемоглобин теряет способность переносить кислород. Предельно допустимая среднесуточная концентрация окиси углерода составляет 1,0 мг/м3.
• Сернистый газ. Он поступает в атмосферу главным образом в результате сжигания на электростанциях и других предприятиях топлива, богатого серой (каменный уголь). В городах это наиболее распространенное химическое вещество, загрязняющее воздух. На производстве сернистый газ образуется при обжиге и плавлении сернистых руд, при крашении тканей и пр.
• Механические примеси воздуха. В воздушную среду они поступают в виде дыма, копоти, сажи, измельченных частиц почвы и других твердых веществ. В совокупности все это и формирует то, что называют воздушной пылью. Запыленность воздуха зависит от характера почвы (песок, глина, асфальтированные мостовые и т. п.), ее санитарного состояния (полив, уборка), от загрязнения атмосферы промышленными выбросами, санитарного состояния помещений. Копоть и дым появляются в результате неполного сгорания топлива. На производстве источником пылеобразования служат материалы, дающие при обработке отходы в виде механических частиц. В жилых помещениях пыль образуется в результате различных бытовых процессов или проникает снаружи.
• Микроорганизмы воздуха. Бактериальное загрязнение воздуха, как и других объектов внешней среды (вода, почва и др.), представляет опасность в эпидемиологическом отношении. В воздушной среде встречаются различные микроорганизмы: бактерии, вирусы, плесневые грибки, дрожжевые клетки. В воздушную среду микроорганизмы попадают преимущественно с почвенной пылью, однако они сравнительно быстро погибают вследствие высыхания, бактерицидного действия солнечных ультрафиолетовых лучей.

3. Биологическое значение атмосферного воздуха

Прежде  всего, атмосферный воздух - это среда обитания человека и остальных живых организмов.

• Атмосфера регулирует тепловой режим Земли, она способствует перераспределению тепла по земному шару. Проникающая через атмосферу лучистая энергия Солнца - практически единственный источник теплоты для поверхности Земли. Лучистая энергия Солнца частично поглощается атмосферой; достигая поверхности Земли, частично поглощается почвой и водоемами, морями и океанами, частично отражается в атмосферу. Если бы не было атмосферы, то ночью и зимой Земля охлаждалась за счет собственного излучения, а летом и днем перегревалась за счет солнечной радиации (так происходит на Луне). Газовая оболочка - это «одеяло» Земли, предохраняющее ее от чрезмерного остывания и перегревания. Благодаря этому на Земле не бывает резких переходов от мороза к жаре и обратно.
• Газовая оболочка - надежный щит, который спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Верхние слои атмосферы частично поглощают и рассеивают эти лучи.
• Атмосфера защищает нас и от «звездных осколков». Врезаясь в атмосферу на большой скорости (от 11 до 64 км/ч) под действием земного притяжения, они раскаляются за счет трения о воздух и на высоте около 60-70 км большей частью сгорают.
• Велико значение атмосферы и в распределении света. Воздух атмосферы разбивает солнечные лучи на миллионы мелких лучей, рассеивает их и создает то равномерное освещение, к которому привык человек.
• Атмосфера является той средой, где распространяются звуки. Без воздуха на земле царила бы тишина, мы не слышали бы друг друга, не любовались бы пением птиц и шумом ручья. Не была бы возможна человеческая речь.
• В воздушной оболочке, а точнее в ближайшей к поверхности Земли части тропосферы формируется погода, поэтому метеорологи называют его часто «кухней погоды». И, правда, от процессов, которые происходят под влиянием земной поверхности и гидросферы, зависят явления погоды. Движения воздушных масс способствуют образованию ветра, конденсация или замерзание водяного пара вызывают дождь, снег или град. Ионизация воздушных частиц приводит к образованию грозовых разрядов.
• Кроме всего сказанного, атмосфера является источником химических элементов. Наша промышленность использует кислород воздуха для нормальной работы мартеновской печи и других промышленных процессов. Азотфиксирующие бактерии усваивают азот воздуха и накапливают его в корневых клубеньках, которые можно легко обнаружить на корневой системе бобовых, обогащая тем самым почву азотом.
• Человеку, животным и растениям кислород дает необходимую энергию для жизни путем биологического окисления в организме различных веществ.
• Из воздуха выделяют инертные газы, которые находят широкое применение в науке, технике и промышленности. Это прежде всего гелий, аргон, криптон, ксенон, неон и радон.
• Наличие воздушной оболочки придает нашему небу голубой цвет, так как молекулы основных элементов воздуха и различные примеси, содержащиеся в нем, рассеивают главным образом лучи с короткой длиной волны, т.е. фиолетовые, синие и голубые. Иногда цвет неба бывает не чисто голубым. Это зависит от количества и размеров примесей в атмосфере.

4. Загрязнение атмосферного воздуха

Всякое  загрязнение вызывает у природы  защитную реакцию, направленную на его  нейтрализацию. Эта способность  природы долгое время эксплуатировалась  человеком бездумно и хищнически. Казалось, что, как ни велика общая масса отходов, она незначительна по сравнению с защитными ресурсами. Однако способность атмосферы к самоочищению имеет определенные границы. Поэтому большие объемы вредных выбросов в атмосферу вызывают целый ряд неблагоприятных последствий. Быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в нынешнем столетии привел к такому увеличению объемов и токсичности выбросов, что они уже не в состоянии «раствориться» в атмосфере до безопасных для природной среды и человека концентраций.

Прежде  чем говорить об источниках загрязнения, необходимо разобраться: что же считается загрязнением.

Загрязнение - привнесение в какую-либо среду или возникновение в ней новых, не характерных для нее физических, химических или биологических веществ, агентов или превышение в рассматриваемое время естественного уровня (в пределах крайних колебаний) концентрации перечисленных агентов в среде.

По  характеру загрязняющих компонентов  загрязнения можно разделить  на несколько видов:

1. Механическое - засорение среды агентами, оказывающими лишь механическое воздействие без химико-физических последствий (например, мусором).
2. Химическое - изменение химических свойств среды, оказывающих отрицательное воздействие на экосистемы и технологические устройства.
3. Физическое - изменение физических параметров среды: температурно-энергетических (тепловое, или термальное); волновых (световое, шумовое, электромагнитное); радиационных (радиационное, или радиоактивное) и т.п.
1. Тепловое (термальное) - повышение температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов и воды; может возникать и как вторичный результат изменения химического состава сред.
2. Световое - нарушение естественной освещенности местности в результате действия искусственных источников света;
3. Шумовое - увеличение интенсивности шума сверх природного уровня; у человека приводит к повышению утомляемости, снижению умственной активности и при достижении 90 - 100 дБ к постепенной потере слуха.
4. Электромагнитное - изменение электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных установок и др.); приводит к глобальным и местным географическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах.
4. Радиационное - превышение естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ.
1. Биотическое - распространение определенных, как правило, нежелательных с точки зрения людей биогенных веществ (выделений, мертвых тел и др.) на территории, где они ранее не наблюдались.
2. Микробиологическое – а) появление необычайно большого количества микроорганизмов, связанное с их массовым размножением на антропогенных субстратах или средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека; б) приобретение ранее безвредной формой микроорганизмов патогенных свойств или способности подавлять другие организмы в сообществах.

В настоящее время в отечественной  и зарубежной литературе нет единой классификации источников загрязнения, поэтому здесь представлена смешанная классификация, которая чаще всего используется в литературе.

Классификация источников загрязнения воздушного бассейна:

Как установлено исследованиями верхних  слоев атмосферы, в воздушную  оболочку нашей планеты поступает  большое количество космической пыли, которая поглощает солнечное излучение и служит своеобразным пылевым экраном, влияет на изменение теплового баланса планеты, способствует различным климатическим аномалиям.

На  состояние атмосферы влияют также земные источники загрязнения. Это извержения вулканов, выбрасывающих в воздушный бассейн сотни тысяч тонн пепла и газов. Это - «солнечные дожди», когда во время штормов захватываются большие количества морской водяной пыли, впоследствии превращающейся над континентами в кристаллики солей. Это и колонии микроорганизмов, практически всегда присутствующие в атмосфере всех континентов. Они перемещаются на большие расстояния, достигают значительных высот и могут вызвать аллергические заболевания. Загрязняют воздушный бассейн и лесные пожары. В процессе гниения и брожения органических остатков выделяются органические кислоты, сернистые соединения, сероводород, бикарбонаты, метан, аммонийный азот, угольная кислота и другие соединения.