Антропогенные изменения в атмосфере

Воздушную оболочку Земли, состоящую из смеси различных газов, водяных паров и пыли, называют атмосферой. Атмосферный воздух является источни­ком дыхания живых организмов. Известно, что без воздуха человек не выживет и 5 минут, в то время как без пищи он может прожить около 5 недель, а без воды — около 5 суток. Атмосфера защищает все живое на земной поверхности от губительного воздействия космических излучений (прежде всего ультрафиолетового излучения Солнца), от метеоритов и космической пыли; она задерживает тепло, излучаемое Землей в косми­ческое пространство. Атмосферный воздух служит сырьем для синтеза хими­ческих веществ, используется при охлаждении различных установок. Атмосфера представляет собой среду, в которую поступают многие отходы жизнедеятельности живых организмов, включая отходы хозяйственной деятельности человека.

Под загрязнением атмосферы понимают любое изменение ее состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека, состояние растений и животных.

Загрязнение атмосферы может быть вызвано природными процессами (тогда его называют природным или естественным) и деятельностью челове­ка (антропогенное загрязнение).

Природными источниками загрязнений атмосферного воздуха служат прежде всего вулканические выбросы, лесные и степные пожары, пыльные бури, тайфуны, массовое цветение растений и т. п. Обычно эти факторы не оказывают резко отрицательного воздействия на природные экосистемы, за ис­ключением широкомасштабных катастрофических явлений. Так, например, при извержении вулкана Катмай на Аляске в 1912 г. было выброшено такое коли­чество пепла, что это вызвало уменьшение на 20% притока солнечной радиа­ции на большую часть поверхности Земли и привело к понижению среднего­довой/ температуры на 0,5°С в Северном полушарии на протяжении трех лет.

Источником запыленности атмосферы также могут быть крупные лесные пожары. Так, площадь катастрофических лесных пожаров 1915г. в Западной Сибири составила около 1,5 млн. км² (это почти в три раза превышает терри­торию Франции); дым от них распространился на площади 6 млн. км², сокра­тив приток солнечной радиации к земной поверхности, что определило запоз­дание созревания зерновых на полмесяца против обычных сроков.

Значительное загрязнение атмосферы природного происхождения вызыва­ется пыльными бурями; их образование связано с переносом сильным ветром поднятых с земной поверхности пылевых частиц. Этому могут способствовать природные факторы (засуха и др.) и деятельность человека (чрезмерная рас­пашка, выпас скота и т. п.). Например, за последние десятилетия мощные оча­ги пыльных; бурь возникли в Калмыкии, где во время только одного выноса в воздух было поднято 1,5 млн. т пыли (для перевозки такой массы грузов пона­добилось бы более 400 железнодорожных составов).

В период массового цветения растений в приземных слоях воздуха может содержаться значительное количество спор и пыльцы растений. Многие из них способны вызывать у людей аллергические заболевания. Особенно подвержены этим недугам люди, в первом-втором поколениях переселивши­еся на новые места, сильно отличающиеся от их родины составом расти­тельности.

Антропогенное загрязнение атмосферы по своим масштабам значительно превосходит природное. Оно оказывает воздействие на атмосферу различным образом, влияя непосредственно на ее состояние (нагревание, изменение влажности и др.), воздействуя на физико-химические свойства атмосферы (увеличивая концентрации диоксида серы, твердых частиц и т. п.), изменяя свойства подстилающей поверхности (сведение лесов увеличивает скорость ветров, распашка природных ландшафтов изменяет способность земной по­верхности отражать солнечные лучи т. д.).

К основным антропогенным источникам загрязнения относят промыш­ленные предприятия, отопительные системы зданий (котельные установки), транспорт, сельское хозяйство. Техногенные выбросы в атмосферу насчитыва­ют десятки тысяч видов веществ. Более 90% их массы приходится на углекис­лый газ и пары воды. Другие наиболее распространенные загрязнители срав­нительно немногочисленны: твердые пылевые частицы, окись углерода (СО), диоксид серы (SO₂), окислы азота (NО и NO₂), углеводороды, сероводород (H₂S), аммиак (NH₃), хлор (Сl), соединения фосфора, фтористый водород (HF).

Наибольшая загрязненность атмосферы отмечается в индустриальных ре­гионах мира, таких как Северная Америка, Европа, Китай и Япония. Главным «поставщиком» атмосферных загрязнителей среди стран мира являются США, на эту страну приходится примерно пятая часть всего объему выбросов в атмосферу, в то время как на Россию — около одной седьмой.

Атмосферными загрязнителями антропогенного происхождения нередко являются вещества, не встречающиеся в природной среде, поэтому у живых организмов не выработаны механизмы обезвреживания или использования этих веществ. Некоторые из них особенно токсичны. Так, аварийный выброс промежуточного продукта химического производства — диоксана в начале 1980-х годов на химическом заводе в городе Бхопал в центральной части Индии привел к гибели и серьезным отравлениям тысяч людей.

Сотни миллионов двигателей внутреннего сгорания, работающих на Зем­ле, выбрасывают в атмосферу огромные количества окислов азота и серы, продуктов неполного сгорания углеводородов (многие из которых вызывают раковые заболевания), особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бензина), который способен накапливаться в скелете жи­вых организмов, вызывая нервные заболевания.

Вклад сельского хозяйства в загрязнение атмосферного воздуха относи­тельно невелик, однако в тех случаях, когда, например, не налажена перера­ботка отходов животноводства, в воздух попадает значительное количество летучих органических соединений азота и серы, которые создают устойчивый неприятный запах и небезразличны для здоровья людей.

Вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят теплоэнергетика (как тепловые электростанции, так и котельные), предприятия черной и цветной металлургии, а также химической, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности, автотранспорт. В Китае, как и в Рос­сии, крупнейшими «поставщиками» атмосферных загрязнителей также явля­ются теплоэнергетика и металлургические предприятия. В промышленно раз­витых странах Запада основное количество выбросов вредных веществ в атмосферу приходится на автотранспорт.

Наибольшее количество загрязнителей антропогенного происхождения попадает в атмосферу Земли в результате сжигания различных видов топлива - нефти и нефтепродуктов, каменного и бурого угля, природного газа, дров, тор­фа и других, основу которых составляют органические вещества. Все виды ор­ганического топлива содержат в себе углерод и водород, которые при горении образуют оксиды углерода (СО и СО₂) и воду, а также другие вещества, среди которых чаще других встречается сера (она сгорая, образует один из самых ток­сичных выбросов — диоксид серы). Помимо этого, когда пламя достигает вы­сокой температуры, основной компонент атмосферного воздуха — азот вступа­ет в соединение с кислородом, образуя высокотоксичные соединения азота (NO и NO₂).

Самое экологичное топливо — газ (как природный, так и получаемый при переработке нефти). Этот вид топлива в три раза меньше загрязняет атмо­сферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь, при сгорании ко­торого образуется много золы и выбрасывается в атмосферу большое количе­ство пылевых частиц.

Для уменьшения концентрации в атмосфере вредных примесей, источни­ком которых в основном являются промышленные предприятия и транспорт, применяют разные методы, в том числе нижеперечисленные.

1) Устанавливают очистное оборудование для улавливания загрязняющих веществ. При этом степень улавливания отдельных видов загрязнителей сильно различается. Так, например, в России для твердых выбросов этот показатель составляет 94%, для жидких и газообразующих — лишь 28% (при этом для таких токсичных выбросов, как окислы серы и азота, степень улавлива­ния еще ниже и составляет соответственно 15% и 9%).

2) Сооружают высокие и. сверхвысокие дымовые трубы. Чем в более высокие слои воздуха выбрасываются загрязняющие вещества, тем ниже их концентрация в приземном слое, но на тем большую площадь они рассеиваются. Например, труба высотой 100 м рассеивает выбросы в радиусе до 20 км, высотой 250 м — до 75 км. Самая высокая в мире труба высотой 400 м сооружена в Канаде, в провинции Онтарио.

3) Совершенствуют существующие и создают новые промышленные тех­нологии, при этом нередко применяют принципиально новые экологически чистые схемы производства. Так, ускоренными темпами развивается особое направление в металлургии — биометаллургия. Например, медь получают из микроорганизмов, размножающихся в питательной среде, основу которой со­ставляют медные руды, микроорганизмы накапливают в своем теле медь.

4) Располагают промышленные предприятия с учетом розы ветров.

5) Создают санитарно-защитные зоны вокруг промышленных предприятий (шириной от 50 м до 1 км в зависимости от токсичности выбросов), в которых запрещено строительство жилых зданий.

6) Осуществляют посадку зеленых насаждений. Исследования показали, что каждое взрослое дерево способно поглощать 30—40 кг пыли и копоти в год.

Для сокращения вредного влияния выхлопных газов автомобилей на здоровье людей и состояние животных и растений применяют многие методы, в том числе следующие:

1. Совершенствуют существующие модели двигателей и уменьшают вес корпуса автомобилей, чтобы сократить потребление топлива.

2. Применяют новые виды топлива. В развитых странах растет число автомобилей, работающих только на природном газе или способных потреблять сразу два вида топлива — газ и бензин. Разрабатываются двигатели, которые смогут работать на принципиально новых, экологически чистых видах топли­ва, например, на жидком водороде, выхлопные газы автомобилей в этом слу­чае будут представлять собой пары воды. Новый вид топлива для автомоби­лей с 1970-х гг. нашел свое применение в Бразилии. В 1973 г. цены на нефть в мире резко повысились, что заставило бразильцев искать другие виды топ­лива. Ученые предложили использовать этиловый спирт — его можно добы­вать из отходов переработки сахарного тростника. Бразилия является круп­нейшим в мире производителем сахара из сахарного тростника, поэтому в ней этиловый спирт в качестве автомобильного топлива гораздо дешевле бензина, при этом выхлопные газы содержат гораздо меньше окиси углерода, отравля­ющей атмосферу. В настоящее время в этой стране почти треть автомобилей ездит на «зеленом бензине».

3) Используют нейтрализаторы, которые крепятся к выхлопной трубе для очистки выхлопных газов. Нейтрализаторы представляют собой металлическую оболочку, где находятся либо гранулы, на поверхности которых нанесен активный слой с добавками благородных металлов (платины, палладия), ли­бо керамический блок в виде сот. В развитых странах запрещено движение автомобилей, не снабженных нейтрализаторами.

4) Применяют автоматизированные системы регулирования движения, чтобы уменьшить время работы двигателей автомобилей в режиме холостого хода и набора скорости (при этих режимах объемы выхлопных газов и содержание в них вредных веществ максимальны).

5) Создают вдоль дорог зеленые насаждения, которые способны более чем на половину уменьшать вредное воздействие выхлопных газов на окружающую среду. Нужно особо подчеркнуть высокую экологическую эффективность озеленения. Деревья хорошо очищают воздух от выхлопных газов. Каждое взрослое дерево ежегодно поглощает такой объем отработанных газов, какой автомобиль в среднем выделяет за 25 тыс. км пробега, В зеленых массивах уже на расстоянии 30 м от проезжей части улицы вдвое меньше микробов, чем на транспортных магистралях. Кроме того, зеленые насаждения хорошо сокращают шумовое загрязнение.

Дата добавления: 2015-05-29