Негативное воздействие отраслей экономики на окружающую среду

HS0₃ = ОН -> H₂S0₄ (молекулы в атмосфере быстро конденсируются в капли);

II вариант

S0₂ + hv -> S0₂* (активированная молекула диоксида серы)

SO*₂ + 0₂ S0₄

S0₄ + 0₂ -> S0₃ + 0₃

S0₃ + Н₂0 -> H₂S0₄

Обе реакции  в атмосфере идут одновременно. Для  сероводорода характерна реакция H₂S + 0₂ -> S0₂ + Н₂0 и далее I или II вариант реакции.

Источники поступления  соединений серы в атмосферу:

Естественные (вулканическая  деятельность, действия микроорга   низмов и др.)  31...41%

Антропогенные  59...69 %

Всего: 91...112млнт/год

Из соединений азота основную долю кислотных дождей дают NO и NO2. В атмосфере возникают реакции:

NO + 0₂ N0₂ N0₂ + ОН -> HN0₃

 

 

Источники соединений азота:

Естественные (почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы и др.)  63 %

Антропогенные (ТЭС, автотранспорт, промышленность). ... 37%

Всего: 51...61 млн т/год

Отметим, что  серная и азотная кислоты поступают  в атмосферу также в виде тумана. В городах их концентрация достигает 2 мг/м³.

Соединения  серы и азота, попавшие в атмосферу, вступают в химическую реакцию не сразу, сохраняя свои свойства соответственно в течение и 2 и 8... 10 сут. За это время они могут вместе с атмосферным воздухом пройти расстояния до 1000...2000 км и лишь после этого выпадают на земную поверхность в виде кислотных дождей.

Различают два  вида седиментации: влажную и сухую. Влажная -- это выпадение кислот, растворенных в капельной влаге, она возникает при влажности воздуха 100,5 %; сухая — реализуется в тех случаях, когда кислоты присутствуют в атмосфере в виде капель диаметром около 0,1 мкм. Скорость седиментации в этом случае весьма мала и капли могут покрывать весьма большие расстояния (следы серной кислоты обнаружены на Северном полюсе).

Различают прямое и косвенное воздействия кислотных осадков на человека. Прямое воздействие обычно не представляет собой опасности, так как концентрации кислот в атмосферном воздухе не превышают 0,1 мг/м³, т. е. находятся на уровне ПДК (ПДК_С._С = 0,1 ^и ПДК_м.р = 0,3 мг/м³ для H₂S0₄). Такие концентрации нежелательны лишь для детей и астматиков.

Прямое воздействие  представляет собой опасность для  металл^0- конструкций (коррозия со скоростью до 10 мкг/год), зданий, памятников и т. п., особенно из песчаника и известняка из-за разрушения карбоната кальция.

Наибольшую  опасность кислотные осадки представляют при ^их попадании в водоемы и почву, что приводит к уменьшению рН воды (рН = 7 — нейтральная среда). От значения рН воды зависит растворимость алюминия и тяжелых металлов в ней и, следовательно, их накопление в корнеплодах, а затем и в организме человека. При изменении рН воды меняется структура почвы и снижается ее плодороД^ие- Снижение рН питьевой воды способствует прямому поступлению ^в организм человека указанных выше металлов и их соединений.

В нашей стране повышенная кислотность осадков (рН = 4..-5'⁵) отмечается в отдельных промышленных регионах. Наиболее неблагополучными являются города Тюмень, Тамбов, Архангельск, Северодвинск, Вологда, Петрозаводск, Омск и др. Плотность выпадения осадков серы, превышающая 4 т/(км /год), зарегистрирована в 22 городах страны, а в четырех городах — более 8...12 т/(км²/год): Алексин, Новомосковск, Норильск, Магнитогорск.

Парниковый эффект. Состояние и состав атмосферы определяют во многом процессы лучистого теплообмена между Солнцем и Землей. В тепловом балансе Земли теплота солнечной радиации является определяющей, поскольку на ее долю приходится основная часть поглощаемой биосферой теплоты, что следует из теплового баланса биосферы.

	Дж/год	%
Теплота от солнечной  радиации	25 • 1023	99,8
Теплота от естественных источников (из недр Земли,
от животных и др.)	37,46 • 1020	0,18
Теплота от антропогенных  источников (энергоустановки, пожары и др.)	4,2 * 1020	0,02

 

Экранирующая  роль атмосферы в процессах передачи теплоты от Солнца к Земле и от Земли в Космос влияет на среднюю температуру биосферы, которая длительное время находилась на уровне около + 15 °С. Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя температура биосферы составляла бы приблизительно — 15 °С.

Основная доля солнечной радиации передается к поверхности Земли в оптическом диапазоне излучений, а отраженная от земной поверхности — в инфракрасном. Поэтому доля отраженной лучистой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от количества многоатомных минигазов (СО2, Н2О, СЙЦ, 63 и др.) и пыли в ее составе. Чем больше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое пространство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет парникового эффекта. Отраженное ИК-излучение поглощается метаном, фреонами, озоном, оксидом диазота и т. п. в диапазоне длин волн от 1 до 9 мкм, а парами воды и углекислым газом — при длинах волн 12 мкм и более. В последние годы наметилась тенденция к значительному росту концентраций СО2, СН4, N2O и других газов в атмосфере.

Аналогично  изменяются концентрации метана, оксида диазота, озона и других газов. Рост концентраций С0₂ в атмосфере происходит из-за уменьшения биомассы Земли и из-за техногенных поступлений.

Источниками техногенных «парниковых» газов являются: энергетика, промышленность (на их Долю приходится до 50 %) и автотранспорт (до 50 %), выделяющие С0₂; химические производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора и отходов животноводства — СН₄; холодильное оборудование, бытовая химия — фреоны; автотранспорт, ТЭС, промышленность — оксиды азота и т. п.

Техногенные парниковые газы способствуют увеличению теплоты биосферы на величину порядка 70 • 10²⁰ Дж/год, при этом вклад отдельных газов распределяется следующим образом, %: СО2 — 50; СН4 — 20; фреоны — 15; N2O (оксид диазота) — 10; Оз — 5. Доля парникового эффекта в нагреве биосферы в 16,6 раза больше доли других источников антропогенного поступления теплоты.

Рост концентраций минигазов в атмосфере и, как  следствие, повышение доли теплоты ИК-излучения, задерживаемого атмосферой, неизбежно сопровождается ростом температуры поверхности Земли. В 1880... 1940 гг. средняя температура в Северном полушарии возросла на 0,4 °С, а в период до 2030 г. она может повыситься еще на 1,5.. .4,5 °С. Это весьма опасно для островных стран и территорий, расположенных ниже уровня моря. Есть прогнозы, что к 2050 г. уровень моря может повыситься на 25...40 см, а к 2100 — на 2 м, что приведет к затоплению 5 млн км² суши, т. е. 3 % суши и 30 % всех урожайных земель планеты.

Парниковый  эффект в атмосфере — довольно распространенное явление и на региональном уровне. Антропогенные источники  теплоты (ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в крупных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парниковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают около городов пространства радиусом до 50 км и более с повышенными на 1...5°С температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны (купола) над городами хорошо просматриваются из космического пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных движениях больших масс атмосферного воздуха.

Озоновый слой. Техногенные загрязнения атмосферы не ограничивают свое негативное влияние только приземной зоной. Определенная доля примесей поступает в озоновый слой и разрушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так как оно сопровождается значительным повышением доли ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земную поверхность. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерновых культур, представляют собой источник канцерогенной опасности для человека, стимулируют рост глазных заболеваний.

Основными веществами, разрушающими озоновый слой, являются соединения хлора и азота. По оценочным данным, одна молекула хлора может разрушить до 10⁵ молекул, а одна молекула оксидов азота —до 10 молекул озона.

Источниками поступления  соединений хлора и азота в  озоновый слой могут быть: вулканические  газы, технологии с применением фреонов; атомные взрывы; самолеты («Конкорд», военные), в вы хлопных газах которых содержатся до 0,01 % от общей массы газов соединения N0 и NO2; ракеты, содержащие в выхлопных газах соединения азота и хлора. Состав выхлопных газов космических систем (т) на высоте 0...50 км

    Значительное влияние на озоновый слой оказывают фреоны, продолжительность жизни которых достигает 100 лет и более. Источниками поступления фреонов являются холодильники при нарушении герметичности контура переноса теплоты; технологии с использованием фреонов; бытовые баллончики для распыления различных веществ и т. п.

По оценочным  данным, техногенное разрушение озонового  слоя к 1973 г. достигло 0,4... 1 %; к 2000 г. — 3 %, а к 2050 ожидается 10 %. Ядерная война  может истощить озоновый слой на 20...70 %. Заметные негативные изменения в биосфере ожидаются при истощении озонового слоя на уровне 8... 10 % от общего запаса озона в атмосфере, составляющего около 3 млрд. т. Заметим, что один запуск ракеты «Шаттл» сопровождается разрушением около 0,3 % озона, что составляет около 10 т озона.

Чтобы оценить  масштабность и реальную опасность  регионального воздействия негативных факторов на здоровье людей, обратимся к данным, приведенным в табл. 5

Таблица5. Число погибших от воздействия негативных факторов в 1990 г., чел.

Число негативных факторов	В мире	В Российской Федерации
Промышленное  производство	200 000	8234
Региональное  загрязнение воды, воздуха, продуктов питания	1 600 000	44 800 (расчетные  данные)
Стихийные явления	140 000	—
Чрезвычайные  ситуации	—	1224 (1993 г.)

 

Принудительная  гибель людей, занятых в сфере  производства, ежегодно находится на уровне 5000 человек, что составляет около 0,24 % от числа умерших естественной смертью в тот же период; из-за загрязнения среды обитания и продуктов питания ежегодно умирает 2,2 %, а в результате техногенных катастроф — 0,06 %.

О чем говорят  эти проценты? В экологии для описания устойчивости природных процессов используют правило 1 и 10 % (точки Па- стера). Отклонения до 1 % от положения устойчивого равновесия свидетельствуют о возможности сохранения состояния устойчивости процессов. Отклонения в 1 % и более — о начале выхода системы из состояния устойчивости, а при отклонениях более 10 % системы и процессы попадают в ситуацию саморазрушения. Из сказанного выше следует, что принудительная смертность людей из-за плохого состояния компонент, среды обитания достигла опасных уровней и в случае непринятия экстренных мер грозит потерей устойчивости в процессе выживаемости населения России.

Разрушение природных зон. При создании производственных и селитебных зон природная среда полностью или частично замещается техносферой (строения, дороги, коммуникации и т. п.); при градостроительстве элементы природной среды частично сохраняются — зеленые зоны, сады, водоемы и др. Однако в основной своей части природная среда в городах оказывается нарушенной.

Обычно в  городах под постройками и  транспортными магистралями находится до 70... 80 % всей территории города, а доля зон отдыха и зеленых насаждений составляет не более 20 %. В то же время известно, что для длительного сохранения элементов природной среды в условиях города необходимо, чтобы доля застройки и транспортных магистралей не превышала 50 % от всей территории города.

Применительно к взаимодействию природной среды с техносферой следует учитывать закон растворения системы в чужой среде — принцип деградации (Хильми Г.Ф.): «Чем выше разница между островной биосистемой и ее окружением, тем быстрее происходит деградация биоты». При этом взаимодействие систем, как правило, бывает кратковременным и неизбежно сопровождается разрушением природной среды.

Принцип деградации имеет значение не только для островных  биотических систем, он распространяется и на граничные зоны между техносферой и биосферой. Чем ближе природная зона расположена к техносфере, тем больше проявляется разрушительное влияние техносферы на биосферу. Основные структурные связи, потоки веществ и энергии, состояние элементов биоты в промышленно-городской техносфере.

Влияние техносферы промышленно-городской зоны обычно сказывается на природной зоне в радиусе до 30...50 км, на глубине до 4 км и на высоте до 3 км от центра зоны. Примерами значительного нега тивного влияния промышленных зон на природную среду служат ситуации, связанные с развитием и функционированием городов Норильск, Мончегорск и др.

УСТОЙЧИВОЕ  РАЗВИТИЕ ТЕХНОСФЕРЫ, РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ И ЭНЕРГИИ

Развитие техносферы в современном мире происходит преимущественно из-за непрерывного роста численности людей, проживающих на Земле (демографический взрыв), их урбанизации, роста индивидуальных потребностей человека, нарастания общественных нужд (затраты на содержание армии, системы образования и т. п.). В своем развитии техносфера постоянно отторгает у биосферы значительные территории, непрерывно вовлекает в производство нее нарастающие сырьевые ресурсы, производит и использует различные виды энергии, главным образом электрическую и тепловую.

Совокупность  основных показателей, влияющих на развитие регионов среды обитания, их экологичность и безопасность, сводится к следующему:

• количество вовлекаемых в хозяйственную деятельность сырьевых и энергетических ресурсов;
• наличие ресурсосберегающих технологий;
• количество отходов хозяйственной деятельности, их использование в качестве вторичных ресурсов;
• наличие технологий переработки и захоронения отходов;
• наличие и использование экобиозащитной техники для сокращения поступления отходов хозяйственной деятельности в среду обитания;
• вероятность (риск) возникновения техногенных аварий;
• наличие в регионах природных зон, не нарушенных хозяйственной деятельностью людей.