Введение
Стремительный
рост численности человечества
и его научно-технической вооруженности
в корне изменили ситуацию
на Земле. Если в недавнем
прошлом вся человеческая деятельность
проявлялась отрицательно лишь
на ограниченных, хоть и многочисленных
территориях, а сила воздействия
была несравненно меньше мощного
круговорота веществ в природе,
то теперь масштабы естественных
и антропогенных процессов стали
сопоставимыми, а соотношение
между ними продолжает изменяться
с ускорением в сторону возрастания
мощности антропогенного влияния
на биосферу.
Опасность
непредсказуемых изменений в
стабильном состоянии биосферы,
к которому исторически приспособлены
природные сообщества и виды,
включая самого человека, столь
велика при сохранении привычных
способов хозяйствования, что перед
нынешними поколениями людей,
населяющими Землю, возникла задача
экстренного усовершенствования
всех сторон своей жизни в
соответствии с необходимостью
сохранения сложившегося круговорота
веществ и энергии в биосфере.
Кроме того, повсеместное загрязнение
окружающей нас среды разнообразными
веществами, подчас совершенно чуждыми
для нормального существования
организма людей, представляет
серьезную опасность для нашего
здоровья и благополучия будущих
поколений.
Загрязнение атмосферы
Атмосферный
воздух является самой важной
жизнеобеспечивающей природной
средой и представляет собой
смесь газов и аэрозолей приземного
слоя атмосферы, сложившуюся в
ходе эволюции Земли, деятельности
человека и находящуюся за
пределами жилых, производственных
и иных помещений.
Результаты
экологических исследований, как
в России, так и за рубежом,
однозначно свидетельствуют о
том, что загрязнение приземной
атмосферы – самый мощный, постоянно
действующий фактор воздействия
на человека, пищевую цепь и
окружающую среду. Атмосферный
воздух имеет неограниченную
емкость и играет роль наиболее
подвижного, химически агрессивного
и всепроникающего агента взаимодействия
вблизи поверхности компонентов
биосферы, гидросферы и литосферы.
В
последние годы получены данные
о существенной роли для сохранения
биосферы озонового слоя атмосферы,
поглощающего губительное для
живых организмов ультрафиолетовое
излучение Солнца и формирующего
на высотах около 40 км тепловой
барьер, предохраняющий охлаждение
земной поверхности.
Атмосфера
оказывает интенсивное воздействие
не только на человека и
биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный
покров, геологическую среду, здания,
сооружения и другие техногенные
объекты. Поэтому охрана атмосферного
воздуха и озонового слоя является
наиболее приоритетной проблемой
экологии и ей уделяется пристальное
внимание во всех развитых
странах.
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, выполненных
в России и за рубежом, показали,
что между здоровьем населения
и качеством атмосферного воздуха
наблюдается тесная положительная
связь.
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.
Отрицательное
влияние загрязненной атмосферы
на почвенно-растительный покров
связано как с выпадением кислотных
атмосферных осадков, вымывающих
кальций, гумус и микроэлементы
из почв, так и с нарушением
процессов фотосинтеза, приводящих
к замедлению роста и гибели
растений. Высокая чувствительность
деревьев (особенно березы, дуба) к загрязнению
воздуха выявлена давно. Совместное действие
обоих факторов приводит к заметному уменьшению
плодородия почв и исчезновению лесов.
Кислотные атмосферные осадки рассматриваются
сейчас как мощный фактор не только выветривания
горных пород и ухудшения качества несущих
грунтов, но и химического разрушения
техногенных объектов, включая памятники
культуры и наземные линии связи. Во многих
экономически развитых странах в настоящее
время реализуются программы по решению
проблемы кислотных атмосферных осадков.
В рамках Национальной программы по оценке
влияния кислотных атмосферных осадков,
учрежденной в 1980 году многие федеральные
ведомства США начали финансировать исследования
атмосферных процессов, вызывающих кислотные
дожди, с целью оценки влияния последних
на экосистемы и выработки соответствующих
природоохранных мер. Выяснилось, что
кислотные дожди оказывают многоплановое
воздействие на окружающую среду и являются
результатом самоочищения (промывания)
атмосферы. Основные кислотные агенты
–
разбавленные серная и азотная
кислоты, образующиеся при реакциях
окисления оксидов серы и азота с участием
перекиси водорода.
Источники загрязнения атмосферы
К
природным источникам загрязнения
относятся: извержения вулканов,
пыльные бури, лесные пожары, пыль
космического происхождения, частицы
морской соли, продукты растительного,
животного и микробиологического
происхождения. Уровень такого
загрязнения рассматривается в
качестве фонового, который мало
изменяется со временем.
Главный
природный процесс загрязнения
приземной атмосферы – вулканическая
и флюидная активность Земли
Крупные извержения вулканов
приводят к глобальному и долговременному
загрязнению атмосферы, о чем
свидетельствуют летописи и современные
наблюдательные данные (извержение
вулкана Пинатубо на Филиппинах
в 1991 году). Это обусловлено тем,
что в высокие слои атмосферы
мгновенно выбрасываются огромные
количества газов, которые на
большой высоте подхватываются
движущимися с высокой скоростью
воздушными потоками и быстро
разносятся по всему земному
шару.
Продолжительность
загрязненного состояния атмосферы
после крупных вулканических
извержений достигает нескольких
лет.
Антропогенные
источники загрязнения обусловлены
хозяйственной деятельностью человека.
К ним следует отнести:
1. Сжигание
горючих ископаемых, которое сопровождается
выбросом 5 млрд. т. углекислого газа
в год. В результате этого
за 100 лет (1860 – 1960 гг.) содержание
СО2 увеличилось на 18 % (с 0,027 до 0,032%). За
последние три десятилетия темпы этих
выбросов значительно возросли. При таких
темпах к
2000 г.
количество углекислого газа
в атмосфере составит не менее
0,05%.
2. Работа
тепловых электростанций, когда
при сжигании высокосернистых
углей в результате выделения
сернистого газа и мазута образуются
кислотные дожди.
3. Выхлопы
современных турбореактивных самолетов
с оксидами азота и газообразными
фторуглеводородами из аэрозолей,
которые могут привести к повреждению
озонового слоя атмосферы (озоносферы).
4. Производственная
деятельность.
5. Загрязнение
взвешенными частицами (при измельчении,
фасовке и загрузке, от котельных,
электростанций, шахтных стволов,
карьеров при сжигании мусора).
6. Выбросы
предприятиями различных газов.
7. Сжигание
топлива в факельных печах,
в результате чего образуется
самый массовый загрязнитель
– монооксид углерода.
8. Сжигание
топлива в котлах и двигателях
транспортных средств, сопровождающееся
образованием оксидов азота, которые
вызывают смог.
9. Вентиляционные
выбросы (шахтные стволы).
10. Вентиляционные
выбросы с чрезмерной концентрацией
озона из помещений с установками
высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые
источники и атомные реакторы)
при ПДК в рабочих помещениях
0,1 мг/м3. В больших количествах
озон является высокотоксичным
газом.
При
процессах сгорания топлива наиболее
интенсивное загрязнение приземного
слоя атмосферы происходит в
мегаполисах и крупных городах,
промышленных центрах ввиду широкого
распространения в них автотранспортных
средств, ТЭЦ, котельных и других
энергетических установок, работающих
на угле, мазуте, дизельном топливе,
природном газе и бензине. Вклад
автотранспорта в общее загрязнение
атмосферного воздуха достигает
здесь 40-
50 %. Мощным
и чрезвычайно опасным фактором
загрязнения атмосферы являются
катастрофы на АЭС (Чернобыльская
авария) и испытания ядерного
оружия в атмосфере. Это связано
как с быстрым разносом радионуклидов
на большие расстояния, так и
с долговременным характером
загрязнения территории.
Высокая
опасность химических и биохимических
производств заключается в потенциальной
возможности аварийных выбросов
в атмосферу чрезвычайно токсичных
веществ, а также микробов и
вирусов, которые могут вызвать
эпидемии среди населения и
животных.
В
настоящее время в приземной
атмосфере находятся многие десятки
тысяч загрязняющих веществ антропогенного
происхождения. Ввиду продолжающегося
роста промышленного и сельскохозяйственного
производства появляются новые химические
соединения, в том числе сильно токсичные.
Главными антропогенными загрязнителями
атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных
оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи
являются сложные органические, хлорорганические
и нитросоединения, техногенные радионуклиды,
вирусы и микробы. Наиболее опасны широко
распространенные в воздушном бассейне
России
диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид,
сероуглерод. Твердые взвешенные
частицы представлены главным
образом сажей, кальцитом, кварцем,
гидрослюдой, каолинитом, полевым
шпатом, реже сульфатами, хлоридами.
В снеговой пыли специально
разработанными методами обнаружены
окислы, сульфаты и сульфиты, сульфиды
тяжелых металлов, а также сплавы
и металлы в самородном виде.
В
Западной Европе приоритет отдается
28 особо опасным химическим элементам,
соединениям и их группам. В
группу органических веществ
входят акрил, нитрил, бензол, формальдегид,
стирол, толуол, винилхлорид, а неорганических
– тяжелые металлы (As, Cd, Cr, Pb, Mn,
Hg, Ni, V), газы
(угарный
газ, сероводород, оксиды азота
и серы, радон, озон), асбест.
Преимущественно
токсическое действие оказывают
свинец, кадмий. Интенсивный неприятный
запах имеют сероуглерод, сероводород,
стирол, тетрахлорэтан, толуол. Ореол
воздействия оксидов серы и
азота распространяется на большие
расстояния. Вышеуказанные 28 загрязнителей
воздуха входят в международный
реестр потенциально токсичных
химических веществ.
Основные
загрязнители воздуха жилых помещений
– пыль и табачный дым, угарный
и углекислый газы, двуокись азота,
радон и тяжелые металлы, инсектициды,
дезодоранты, синтетические моющие
вещества, аэрозоли лекарств, микробы
и бактерии. Японские исследователи
показали, что бронхиальная астма
может быть связана с наличием
в воздухе жилищ домашних клещей.
Для
атмосферы характерна чрезвычайно
высокая динамичность, обусловленная
как быстрым перемещением воздушных
масс в латеральном и вертикальном
направлениях, так и высокими
скоростями, разнообразием протекающих
в ней физико-химических реакций.
Атмосфера рассматривается сейчас
как огромный «химический котел»,
который находится под воздействием
многочисленных и изменчивых
антропогенных и природных факторов.
Газы и аэрозоли, выбрасываемые
в атмосферу, характеризуются
высокой реакционной способностью.
Пыль и сажа, возникающие при
сгорании топлива, лесных пожарах,
сорбируют тяжелые металлы и
радионуклиды и при осаждении
на поверхность могут загрязнить
обширные территории, проникнуть
в организм человека через
органы дыхания.
Выявлена
тенденция совместного накопления
в твердых взвешенных частицах
приземной атмосферы Европейской
России свинца и олова; хрома,
кобальта и никеля; стронция, фосфора,
скандия, редких земель и кальция;
бериллия, олова, ниобия, вольфрама
и молибдена; лития, бериллия
и галлия; бария, цинка, марганца
и меди. Высокие концентрации
в снеговой пыли тяжелых металлов
обусловлены как присутствием
их минеральных фаз, образовавшихся
при сжигании угля, мазута и
других видов топлива, так и
сорбцией сажей, глинистыми частицами
газообразных соединений типа
галогенидов олова.