Загрязнения атмосферного воздуха вредными веществами и его охрана

        Вредные для человека и для  природы выбросы, могут перемещаться  в воздушных потоках на громадные расстояния.

        В России  наиболее неблагополучными с  точки зрения здоровья населения  по-прежнему остаются города с  высокой концентрацией промышленности. Загрязненная атмосфера вызывает  увеличение числа заболеваний  дыхательных путей. Состояние атмосферы сказывается на показателях заболеваемости даже в разных районах индустриальных городов. Например, в Москве предрасположенность к бронхиальной астме, бронхиту, конъюнктивиту, фарингиту, хроническим отитам на 40 – 60% выше в районах с повышенным уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

        В Новокузнецке  были изучены риски нарушения  здоровья различных групп населения  под влиянием загрязнений атмосферы.

       Исследования  показали, что особенно связаны  с уровнем загрязнения атмосферного  воздуха показатели заболеваемости детей всех возрастных групп, как мальчиков, так и девочек.

        Комплексная  оценка состояния здоровья детей,  осуществленная на основе углубленного  медицинского осмотра школьников 7 – 11 лет, показала, что общее  число здоровых детей в высокозагрязненном районе составило 6,6%, в контрольном районе – 19,9%.

         Более трети  учащихся в загрязненном районе  имеют функциональные отклонения, 60,5% страдают различными хроническими  заболеваниями. У 20,3% детей, проживающих  в районе с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, выявлено повышенное артериальное давление, у 47,7% - анемия.

         Все названные патологии, по заключению исследователей, связаны с воздействием пыли, сернистого ангидрида, серной кислоты и двуокиси азота. Высокая корреляция вышеуказанных заболеваний с суммарным загрязнением атмосферного воздуха наблюдалась постоянно.

         Существенное значение при заболеваниях легких в условиях загрязненной атмосферы имеет возрастной фактор. У мужчин наименьший показатель заболеваемости наблюдается в возрастной группе 20 – 29 лет, у женщин – до 19 лет. В старших возрастных группах у мужчин показатели заболеваемости выше, чем у женщин.

        

                                      Парниковый эффект

        

         Накопление углекислого газа  в атмосфере – одна из основных  причин парникового эффекта, возрастающего  от разогревания Земли лучами  Солнца.

Этот газ не пропускает солнечное тепло обратно в  космос. Содержание парниковых газов  – CO2, метана и др. – неуклонно увеличивается.

         Российский климатолог Н.И. Будыко  еще в 1962 году выдвинул гипотезу, что сжигание человечеством огромного  количества разнообразных топлив, особенно во второй половине 20 века, неизбежно приведет к увеличению  содержания углекислого газа в атмосфере. А он задерживает отдачу солнечного и глубинного тепла с поверхности Земли в космос, что приведет к эффекту, который мы наблюдаем в застекленных парниках. Вследствие такого парникового эффекта средняя температура приземного слоя атмосферы должна постепенно повышаться.

         Выводы Н.И. Будыко заинтересовали американских метеорологов. Они проверили его расчеты, сами провели многочисленные наблюдения и к концу 60 – х гг. пришли к твердому убеждению, что парниковый эффект в атмосфере Земли существует и нарастает.

         Концентрация, например, двуокиси углерода  в атмосфере увеличилась по  сравнению с доиндустриальной  эпохой на 28%. Если человечество  не примет меры, чтобы сократить  выбросы этих газов, к середине  будущего века средняя глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1,5 – 4,5 С.

         В балансе потребления органического  топлива в нашей стране природный  газ занимает 45%, в то время  как в мировом топливном балансе  на природный газ приходится 25%. Таким образом, структура российской энергетики по воздействию на климат более нейтральна по сравнению с энергетикой других стран, так как природный газ имеет более низкий коэффициент выброса двуокиси углерода, чем уголь и нефть.

         К газам, создающим парниковый эффект, относится и метан, поэтому очень важно определить реальные его потери при добыче, транспортировке по трубопроводам, распределении в городах и населенных пунктах, при использовании на станциях теплоснабжения и электростанциях.

         Суммарные промышленные выбросы углерода в России в 1990 году оценивались в пределах 650 – 700 млн. т. К наиболее загрязняющим атмосферу отраслям отнесены топливно-энергетическая, нефтехимическая, металлургическая и транспортная.

         Изменение климата в результате антропогенных выбросов парниковых газов ведет к негативным крупномасштабным последствиям практически во всех областях деятельности человека. Наиболее значительному потеплению подвержены высокие широты Земли, в которых расположена значительная часть территории России.

         В Российской Федерации изменение климата чревато для сельского, лесного и водного хозяйства. Это связано главным образом с перераспределением осадков и увеличением числа и интенсивности засух.

         Введение различных технологий (извлечение диоксида углерода из дымовых газов, превращение углекислого газа в метанол и диметиловый спирт) снизит накопление углекислого газа в атмосфере и поможет не только создать альтернативное сырье для синтеза многих органических соединений, основой для которых сегодня служит нефть, но и решить важные экологические проблемы.

 

                                      Озоновый экран земли 

 

         Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой части солнечного спектра.

         Озон – трехатомные молекулы  кислорода – рассеян над Землей  на высоте от 15 до 50 км; озоновая  защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т газа, наибольшая  концентрация – на высоте от 20 до 25 км. Если гипотетически сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна.

         Запуск мощных ракет, ежедневные  полеты реактивных самолетов  в высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора – миллионов гектаров леса – пожарами и хищнической рубкой, массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и химической продукции в быту – главные факторы, разрушающие озоновый экран Земли. Разрушение озонового экрана Земли сопровождается рядом явных и скрытых негативных воздействий на человека и живую природу.

        Прорыв через «озоновые дыры»  солнечных рентгено- и ультрафиолетовых  лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50 – 100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В 1996 году в России сгорело 2 млн. га леса, горели леса в Австралии, Северной и Южной Америке, Африке, Европе. Лесной индонезийский пожар 1997 года, бушевавший почти пять месяцев, покрыл дымом не только Индонезию, но и Малую Азию, Сингапур, достиг Южно-Китайского моря. Люди задыхались от дыма, потерпел катастрофу авиалайнер.

        В 1996 году  Нобелевской премией по химической  экологии удостоены ученые-химики Шервурд Роуланд, Марио Малина из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Поль Крутцен из Германии за научную гипотезу, выдвинутую ими еще в 1974 году. Их догадка состоит в том, что разрушителями озона являлись синтезированные человеком химические вещества, получившие название хлорфторуглероды (ХФУ).

        Российские  физики (Институт общей физики  РАН) предложили уничтожать сам  источник разрушения озона, организовать  глобальную очистку атмосферы  от фреонов, воздействуя на  нее микроволновым разрядом. Образовавшаяся плазма избирательно очистит атмосферу от фреонов, не нанося вреда каким – либо другим ее компонентам, не повышая температуру и не вызывая обновления новых соединений. Расчеты показали: создание необходимого для уничтожения фреона количества плазмы требует относительно малых энергетических затрат, так как плазма создается импульсами продолжительностью всего в миллиардные доли секунды, а между импульсами установка не работает.

        Список химических  веществ и отходов производства, вредно воздействующих на состояние озонового слоя атмосферы, утверждается специально уполномоченными государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей среды.

 

                                            Кислотные дожди

 

        Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 году английский инженер Роберт Смит в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Кислотные дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки становятся их жертвами. На территории России в 1996 году вместе с осадками выпало более 4 млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. Особенно тревожная ситуация сложилась в Центральном и Центрально-Черноземном районах, а также в Кемеровской области и Алтайском крае, в Норильске. В Москве и Санкт-Петербурге с кислотными дождями на землю выпадает до 1500 кг серы на 1 кв. км. Заметно меньше кислотность осадков в прибрежной зоне северных, западно- и восточносибирских морей. Самым благоприятным регионом в этом отношении признана Республика Саха (Якутия).

        Миллионы тонн  диоксидов серы, выбрасываемые в  атмосферу, превращают выпадающие  дожди в слабый раствор кислот.

        В водоемы,  пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды.

        Земля и  растения, конечно, тоже страдают  от кислотных дождей: снижается  продуктивность почв, сокращается  поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов.

        Огромный вред наносят кислотные  дожди лесам. Леса высыхают, развивается  суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность  в почвах алюминия, который токсичен  для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают  хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит.

         Все больший ущерб кислотные  дожди наносят сельскохозяйственным  культурам: повреждаются покровные  ткани растений, изменяется обмен  веществ в клетках, растения  замедляют рост и развитие, падает  урожайность.

          Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (CaO и CO2), реагируют с раствором серной кислоты, и превращается в гипс (СaSO4). Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы разрушаются прямо на глазах.

          Изучив новые данные о кислотности  осадков, выпадающих в различных регионах Западной Европы, и о воздействии их на здания и сооружения, сотрудники Дублинского университета (Ирландия) выявили, что самое катастрофическое положение сложилось в центре Манчестера (Великобритания), где за 20 месяцев кислотные осадки растворили более

120 г на 1 кв. м камня  (песчаника, мрамора или известняка).

         Город пострадал очень сильно, хотя общее количество осадков  в наблюдаемый отрезок времени  там было крайне низким. Очевидно, слишком высока была степень  их кислотности.

         Страдают от кислотных дождей  и люди, вынужденные потреблять питьевую воду, загрязненную токсическими металлами – ртутью,свинцом, кадмием и т.п.

         Спасать природу от закисления  необходимо. Для этого придется резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70-80% обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места промышленного выброса.

         Система контроля загрязнения  снежного покрова на территории  России осуществляется на 625 пунктах,  обследующих площадь в 15 млн. кв. км. Пробы забирают на наличие ионов сульфата, нитрата аммония, тяжелых металлов, определяющих значение pH.

 

                                      Выхлопы автотранспорта

                

          В автомобильных двигателях внутреннего сгорания в мире ежегодно сжигается около 2 млрд. т нефтяного топлива.

         В России автотранспорт ежедневно  выбрасывает в атмосферу 16, 6 млн.  т загрязняющих веществ. Особенно  тяжелая экологическая ситуация  сложилась в Москве, Санкт-Петербурге, Томске, Краснодаре. 30% заболеваний горожан непосредственно связаны с загрязненностью воздуха выхлопными газами.

         Автомобильными двигателями в  воздух городов более 95% оксида  углерода, около 65% углеводородов  и 30% оксидов азота.

         Известно, что топливо сгорает в камере при взаимодействии с кислородом воздуха. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла, которое и преобразуется в работу.

         При средних нагрузках в камеру  сгорания попадает несколько  обедненная смесь. Если смесь несколько обогатить, скорость ее сгорания увеличивается, в камере развиваются более высокие температуры и давление. Для максимальных нагрузок или резкого перехода с малой нагрузки на большую требуется богатая смесь. Из-за недостатка кислорода топливо сгорает не полностью. Двигатель хотя и развивает большую мощность, но работает неэкономично и выбрасывает в атмосферу токсичные вещества – оксид углерода, оксиды азота, альдегиды и несгоревшие углеводороды, среди которых особую опасность представляют  ароматические, в частности бензапирен, вызывающий онкологические заболевания. Кроме того, входящий в состав воздуха азот при высокой температуре и давлении в цилиндрах двигателя реагирует с остаточным кислородом. В результате образуются оксиды азота – еще одна вредная составляющая выхлопных газов.