Файл: ЭКЗАМЕН Прир.docx

13. Источники загрязнения атмосферного воздуха

Основными антропогенными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются следующие отрасли эко­номики: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростан­ции, промышленные и городские котельные и др.), авто­транспорт, черная и цветная металлургия, нефтедобываю­щее и нефтеперерабатывающее производство, машиностро­ение, производство стройматериалов и т.д.

Энергетика. При сжигании твердого топлива (каменно­го угля) в атмосферный воздух поступают оксиды серы, оксиды азота, твердые частицы (пыль, сажа, зола). Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмос­феру в сутки 680 т SO₂ и SO₃; 120-140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа); 200 т оксидов азота. Использование жидкого топлива (мазута) снижает выбросы золы, но прак­тически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Газо­вое топливо загрязняет атмосферный воздух в 3 раза мень­ше, чем мазут, и в 5 раз меньше, чем уголь.

Атомная энергетика в случае безаварийной работы еще более экологична, но и она загрязняет воздух такими ток­сичными веществами, как радиоактивный йод, радиоактив­ные инертные газы и аэрозоли. В то же время АЭС пред­ставляет собой значительно большую потенциальную опас­ность по сравнению с предприятиями традиционной энер­гетики. Опасность несут аварии атомного реактора и отхо­ды ядерного топлива.

Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тонны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксида серы, 0,05 т оксида углерода, а также в меньших количествах свинец, фосфор, марганец, мышь­як, пары ртути, фенол, формальдегид, бензол, аммиак и другие токсичные вещества. В выбросах предприятий цвет­ной металлургии, кроме того, содержатся тяжелые металлы, такие как свинец, цинк, медь, алюминий, ртуть, кад­мий, молибден, никель, хром и др.

Химическая промышленность. Выбросы химической промышленности характеризуются значительным разнооб­разием, высокой концентрированностью и токсичностью. Они содержат оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическую пыль и т.д.

Автотранспорт. В настоящее время в мире эксплуати­руется несколько сот миллионов автомобилей. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений: бензопирена, альдеги­дов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (из этилированного бензина). В настоящее время в крупных городах России выбросы от автотранспорта пре­восходят выбросы от стационарных источников (предприя­тий промышленности).

Сельское хозяйство. Сельскохозяйственное производ­ство приводит к загрязнению атмосферного воздуха пылью (при механической обработке почв), метаном (домашние животные), сероводородом и аммиаком (промышленные ком­плексы по производству мяса), пестицидами (при их рас­пылении) и т.д.

Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха отме­чается также при добыче и переработке минерального сы­рья, на нефте- и газоперерабатывающих заводах, при выб­росе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в отвалах и т.д.

14. Экологические последствия загрязнения атмосферы

Физиологическое воздействие на человеческий организм загрязнителей атмосферного воздуха различно. Оксид уг­лерода (угарного газа) прочно соединяется с гемоглобином крови, что препятствует нормальному снабжению органов и тканей кислородом, в результате ослабляются процессы мыслительной деятельности, замедляются рефлексы, воз­никает сонливость, возможны потери сознания и смерть от удушья. Диоксид кремния (SiO₂), содержащийся в пыли, вызывает тяжелое заболевание легких — силикоз. Диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, кото­рая разрушает легочную ткань. Оксиды азота раздражают и разъедают слизистые оболочки глаз и легких, увеличивают восприимчивость к инфекционным заболеваниям, вызыва­ют бронхит и пневмонию. Если в воздухе содержатся совместно оксиды азота и диоксид серы, то возникает эф­фект синергизма, т.е. усиление токсичности всей газообраз­ной смеси. Частицы размером менее 5 мкм способны прони­кать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки.

Незначительные по объему выбросы такие, как бенз(а)-пирен, соединения свинца, кадмия, ртути, мышьяка, кобаль­та, фосфора и др., могут оказывать воздействие, растяну­тое во времени. Они обладают канцерогенным действием, вызывают дефекты у новорожденных, снижают иммунитет, угнетают кроветворную и нервную системы и т.д.

Парниковый эффект и глобальное потепление клима­та. Парниковый (тепличный, оранжерейный) эффект — разогрев нижних слоев атмосферы, вследствие способнос­ти атмосферы пропускать коротковолновую солнечную ра­диацию, но задерживать длинноволновое тепловое излу­чение земной поверхности (рис. 25). Водяной пар задержи­вает около 60% теплового излучения Земли и углекислый газ — до 18%. В отсутствие атмосферы средняя температу­ра земной поверхности была бы -23 °С, а в действительно­сти она составляет +15 °С.

Парниковому эффекту способствует поступление в ат­мосферу антропогенных примесей (диоксида углерода, ме­тана, фреонов, оксида азота и др.). За последние 50 лет содержание углекислого газа в атмосфере возросло с 0,027 до 0,036%. Это привело к повышению среднегодовой температуры на планете на 0,6°. Существуют модели, согласно которым если температура приземного слоя атмосферы под­нимется еще на 0,6-0,7°, произойдет интенсивное таяние ледников Антарктиды и Гренландии, что приведет к повы­шению уровня воды в океанах и затоплению до 5 млн км² низменных, наиболее густо заселенных равнин.

Отрицательные для человечества последствия парни­кового эффекта заключаются в повышении уровня Миро­вого океана в результате таяния материковых и морских льдов, теплового расширения океана и т.п. Это приведет к затоплению приморских равнин, усилению абразионных процессов, ухудшению водоснабжения приморских городов, деградации мангровой растительности и т.п. Увеличение се­зонного протаивания грунтов в районах с вечной мерзлотой создаст угрозу дорогам, строениям, коммуникациям, акти­визирует процессы заболачивания, термокарста и т.д.

Положительные для человечества последствия парни­кового эффекта связаны с улучшением состояния лесных экосистем и сельского хозяйства. Повышение температуры приведет к увеличению испарения с поверхности океана, это вызовет возрастание влажности климата, что особенно важно для аридных (сухих) зон. Повышение концентрации углекис­лого газа увеличит интенсивность фотосинтеза, а значит, продуктивность диких и культурных растений.

Разрушение «озонового слоя». Озоновый слой (озонос-фера) — слой атмосферы с наибольшей концентрацией озо­на (О₃) на высоте 20-25 (22-24) км. Содержащееся в озоно­вом слое количество озона невелико: в приземных услови­ях атмосферы (при давлении 760 мм и температуре +20 °С) он образовал бы слой толщиной всего 3 мм. В атмосфере озон образуется из кислорода под действием ультрафиоле­тового излучения (рис. 26).

«Озоновая дыра» — значительное пространство в озо-носфере планеты с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона. Считается, что основной причиной воз­никновения «озоновых дыр» является значительное содержа­ние в атмосфере фреонов. Фреоны (хлорфторуглероды) — высоколетучие, химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладагентов (холодильники, кондиционеры, реф­рижераторы), пенообразователей и распылителей (аэрозоль­ные упаковки). Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмос­феры, подвергаются фотохимическому разложению с обра­зованием окиси хлора, интенсивно разрушающей озон.

Истощение озонового слоя в атмосфере Земли приво­дит к увеличению потока ультрафиолетовых лучей на зем­ную поверхность. Ультрафиолетовые лучи в небольших до­зах необходимы живым организмам (стимуляция роста и развития клеток, бактерицидное действие, синтез витами­на D и т.д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать раковые заболевания и мутации.

Кислотные дожди. Кислотный дождь — дождь или снег, подкисленный до рН < 5,6 из-за растворения в атмосфер­ной влаге антропогенных выбросов (оксиды серы, оксиды азота, хлороводород, сероводород и др.).

Отрицательное воздействие кислотных дождей на рас­тительность проявляется как в прямом биоцидном воздей­ствии на растительность, так и в косвенном через сниже­ние рН почв. Выпадение кислотных дождей приводит к ухуд­шению состояния и гибели целых лесных массивов, а также снижению урожайности многих сельскохозяйственных куль­тур. Кроме того, отрицательное воздействие кислотных дождей проявляется в закислении пресноводных водоемов. Снижение рН воды вызывает сокращение запасов промыс­ловой рыбы, деградацию многих видов организмов и всей водной экосистемы, а иногда и полную биологическую ги­бель водоема. Негативные последствия кислотных дождей зафиксированы в Канаде, США, Европе, России, Украине, Белоруссии и других странах.

Смог. Смог — ядовитая смесь дыма, тумана и пыли. Раз­личают два типа смога: лондонский и лос-анджелесский.

Лондонский (зимний) смог образуется зимой в крупных промышленных центрах при неблагоприятных погодных ус­ловиях: отсутствии ветра и температурной инверсии. Тем­пературная инверсия проявляется в повышении темпера­туры воздуха с высотой (в слое 300-400 м) вместо обычного понижения. В результате дым и загрязняющие вещества (пыль, оксиды серы и углерода) не могут подняться вверх и рассеяться, а образуют туманную завесу.

Лос-анджелесский (летний, фотохимический) смог воз­никает летом также при отсутствии ветра и температурной ной инверсии, но обязательно в солнечную погоду. Он об­разуется при воздействии солнечной радиации на оксиды азота и углеводороды, поступающие в воздух в составе выхлопных газов автомобилей и выбросов предприятий. В результате образуются высокотоксичные загрязнители — фотооксиданты, состоящие из озона, органических перок-сидов, пероксида водорода, альдегидов и т.д.

Смог вызывает обострение респираторных заболеваний, раздражение глаз, ухудшение физического состояния и т.д. вплоть до летального исхода. В 1952 г. в Лондоне от смога за две недели погибло более 4000 человек.

Рассеять смог может только ветер, а бороться с ним мож­но путем сокращения выбросов загрязнителей в атмосферу.