Роль атмосферы в экологической системе Земли. Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха

Экологическая система –  это баланс между всеми формами  и типами живых организмов и их средой обитания. Важнейшие климатические и экологические особенности Земли в решающей степени определяются наличием и свойствами ее газовой оболочки - атмосферы.

 Атмосферный воздух является жизненно важным компонентом окружающей природной среды, неотъемлемой частью среды обитания человека, растений и животных. Благодаря специфическому газовому составу, способности поглощать и отражать солнечную радиацию, озонному слою, в котором задерживается основная часть коротковолнового излучения Солнца, благоприятному температурному режиму и присутствию водяного пара атмосферу можно назвать одним из главных источников жизни на Земле. Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биосферу, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы.

 Воздушная атмосфера обладает способностью к самоочищению, что происходит при перемешивании приземных слоев воздуха, при вымывании растворимых в воде веществ атмосферными осадками, а также путем осаждения загрязняющих веществ на поверхность земли. Однако в современных условиях возможности природных систем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под массированным натиском антропогенных загрязнений в атмосфере стали проявляться весьма нежелательные экологические последствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие экологические функции.

Современное соотношение  газов в атмосфере Земли не есть нечто первозданное. Его значительные, но чрезвычайно медленные изменения  происходили и до появления техносферы. Лишь 100-150 лет назад определенные коррективы в естественные тенденции развития атмосферы начал вносить человек. Колоссальные запасы воздуха и кажущаяся беспредельность атмосферы породили убежденность в неисчерпаемости воздушного бассейна. Современные размеры вмешательства человека в атмосферные процессы (изъятие газов, технические выбросы и т.п.) измеряются астрономическими величинами. Естественные и техногенные процессы в атмосфере становятся угрожающе сопоставимыми.

Атмосфера как природная  система имеет важнейшее значение для функционирования всех живых  организмов, населяющих нашу планету. Однако человеческое общество, оказывая преднамеренные и непреднамеренные воздействия на атмосферу, меняет ее свойства в неблагоприятном направлении. Эти воздействия особенно возросли в современную эпоху.

Вопрос о воздействии  человека на атмосферу находится  в центре внимания специалистов и  экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности  — “парниковый эффект”, нарушение  озонового слоя, выпадение кислотных  дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы. Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими, в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная связь.

В последнее время наблюдается  существенное загрязнение атмосферного воздуха. Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на состояние экосистем. Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение  воздуха вызвано природными процессами: выветриванием горных пород, вулканической  деятельностью, ветровой эрозией почвы, массовым цветением растений, дымом  от лесных и степных пожаров и  др. Антропогенное загрязнение атмосферы  связано с выбросом различных  загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно стало значительно превосходить природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов  распространения выделяют различные  типы загрязнения атмосферы: местное, региональное и глобальное. Местное  загрязнение характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ  на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона). При  региональном загрязнении в среду  негативного воздействия вовлекаются  значительные пространства. Глобальное загрязнение связано с изменением состояния атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию  выбросы вредных веществ в  атмосферу классифицируются на:

• газообразные (диоксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и т.д.)
• жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.)
• твердые (нерастворимые соли, многие соединения тяжелых металлов, высокомолекулярные органические вещества).

Главные загрязнители атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека –  диоксид углерода, диоксид серы, монооксид углерода, оксид азота и твердые частицы. Помимо этих загрязнителей в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 200 наименований вредных веществ, среди которых – формальдегид, фтористый водород, соединения свинца ртути, кадмия, никеля, хрома, кобальта, аммиак, фенол, бензол, хлорорганические соединения.

Наиболее опасное загрязнение  атмосферы — радиоактивное. В  настоящее время оно обусловлено  в основном глобально распределенными  радиоактивными долгоживущими 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.

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 и цветной металлургии; нефтедобычи, нефтепереработки и нефтехимии; автотранспорта, а также строительная индустрия. В последнее время во многих городах  основное количество выбросов вредных  веществ приходится на автотранспорт.

Промышленные источники  загрязнения атмосферного воздуха  подразделяются на источники выделения  и источники выбросов. К первым относятся технологические устройства (аппараты установки), в процессе эксплуатации которых выделяются примеси. Ко вторым - трубы, вентиляционные шахты, аэрационные  фонари и другие устройства, с помощью  которых примесь поступает в  атмосферу.

Загрязнение атмосферного воздуха  воздействует на здоровье человека и  на окружающую природную среду различными способами — от прямой и немедленной  угрозы (смог и др.) до медленного и  постепенного разрушения различных  систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной  среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что  регуляторные процессы не в состоянии  вернуть их в первоначальное состояние  и в результате механизм гомеостаза не срабатывает.

К важнейшим экологическим  последствиям глобального загрязнения  атмосферы относятся:

• возможное потепление климата (“парниковый эффект”);
• нарушение озонового слоя;
• выпадение кислотных дождей.

Большинство ученых в мире рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности.

Охрана атмосферного воздуха — ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Атмосферный воздух занимает особое положение среди других компонентов биосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды — пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

 Правовые основы охраны  атмосферного воздуха отражены  в Федеральном законе РФ "Об охране атмосферного воздуха" от 04.05.1999 г. № 96-ФЗ. Настоящий Федеральный закон устанавливает правовые основы охраны атмосферного воздуха и направлен на реализацию конституционных прав граждан на благоприятную окружающую среду и достоверную информацию о ее состоянии.

Мониторинг атмосферного воздуха – система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в нем природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения. Основными контролирующими организациями являются Минприроды РФ, Государственный комитет по гидрометеорологии и контролю природной среды РФ, Минздрав РФ, Государственная инспекция по контролю за работой газоочистных и пылеулавливающих установок РФ и др.

Основными задачами системы  мониторинга загрязнения атмосферы  являются всесторонняя и полная оценка состояния загрязнения атмосферы  в городах России для принятия решений по экологической безопасности, контроль эффективности выполнения мероприятий по снижению выбросов, выявление территорий с опасно высоким  уровнем загрязнения, создающим  риск здоровью и жизни населения  от выбросов промышленных предприятий, транспорта. Для выполнения этих задач  в атмосферном воздухе городов  определяются концентрации загрязняющих веществ, определенных приоритетным списком  вредных веществ (взвешенные вещества, оксид углерода, диоксид серы, диоксид  азота, бенз(а)пирен) и специфические (формальдегид, ртуть, фтористый водород, твердые фториды, металлы: железо, кадмий, кобальт, магний, марганец, медь, никель, свинец, хром, цинк). Качество воздуха определяется по данным нескольких тысяч измерений в год. Наблюдения выполняются в строгом соответствии с ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов».

Степень загрязнения атмосферы  зависит от количества выбросов вредных  веществ и их химического состава, от высоты, на которой осуществляются выбросы, и от климатических условий, определяющих перенос, рассеивание  и превращение выбрасываемых  веществ. По данным о загрязнении  атмосферы определяют величины концентраций примесей: разовые (продолжительность  отбора проб 20-30 минут), среднемесячные, среднегодовые. Важными общими мероприятиями  охраны воздушного бассейна является установление нормативов предельно  допустимых вредных воздействий  и платы за выбросы в атмосферу  загрязняющих веществ.

Оценка качества воздуха  в России производится с учетом принятых Минздравом стандартов. В нашей стране проводятся работы по гигиенической регламентации (нормированию) допустимого уровня содержания примесей в атмосферном воздухе. В настоящее время определены предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе более чем 500 веществ.

 Гигиенический норматив качества атмосферного воздуха - критерий качества атмосферного воздуха, который отражает предельно допустимое максимальное содержание вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе и при котором отсутствует вредное воздействие на здоровье человека. В соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями максимальные разовые и среднесуточные значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) являются основными характеристиками токсичности примесей, содержащихся в воздухе.

С учетом значений ПДК рассчитываются следующие характеристики:

СИ – стандартный индекс или наибольший единичный индекс загрязнения – наибольшая измеренная в городе максимальная разовая концентрация любого вещества, деленная на ПДК.

НП - наибольшая повторяемость  превышения ПДК любым веществом  в городе, %.

ИЗА₍₅₎ – комплексный индекс загрязнения атмосферы для оценки суммарного загрязнения в целом по городу. Комплексный индекс загрязнения атмосферы рассчитывался по 5 веществам, концентрация которых была наибольшей. Используемая в России характеристика суммарного загрязнения - ИЗА - позволяет учитывать концентрации загрязняющих веществ и представить уровень загрязнения одним числом.

По принятой системе Росгидромета степень загрязнения атмосферы  характеризуется четырьмя стандартными градациями: низкая, повышенная, высокая, очень высокая, показателей СИ, НП и ИЗА_(5).

В соответствии с существующими  требованиями ни одно предприятие не может быть введено в эксплуатацию без эффективно действующих сооружений пыле- и газоочистки. Каждое предприятие  обязано в установленные сроки  представлять в статистическое управление и контролирующие органы отчеты установленной  формы по охране воздушной среды, характеру и методам очистки вредных выбросов и мероприятиям по их снижению.

Нормирование выбросов любого типа подразделяется на три этапа:

• выделение критического звена в природной среде и биоте (в локальных условиях это прежде всего здоровье человека);
• определение предельно-допустимых нормативов;
• установление связи предельно-допустимых нормативов с предельно-допустимыми выбросами.

Контроль выполнения предприятиями  установленных им норм выбросов осуществляют местные природоохранные органы. При проведении плановых проверок подлежат контролю наличие и количества: основных загрязняющих веществ (оксиды серы, азота, углерода, пыли); загрязняющих веществ, для которых на данной территории зарегистрированы концентрации ПДК. Контролируются также: