Атмосферы

Физические и экологические последствия загрязнения

Состояние атмосферы Украины

Высокая концентрация металлургических, коксохимических, химических и горнорудных предприятий является причиной плохого состояния атмосферы в отдельных регионах Украины. В 90-х годах двадцатого века количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ составляло 10,9 млн. т ежегодно. В том числе оксида углерода - 3,9млн.т; сернистого ангидрида - 3,2 млн.т.; окислов азота - 0,6 млн. т. По загрязнению и деградации окружающей среды лидирует Приднепровский экономический регион. Около 40 % его территории находится под промышленным использованием. Так, в 1996 году из стационарных источников в атмосферу Днепропетровской области отправлено 831,4 тыс. т вредных веществ. Большая часть (70%) приходится на крупнейшие города области: Кривой Рог (368,3 тыс. т), Днепропетровск (140,1 тыс. т), Днепродзержинск (108,5 тыс. т). В атмосфере этих городов концентрация фенола, диоксида серы, аммиака, сероводорода, формальдегида превышает нормы в 3 - 9 раз. В атмосфере Кривого Рога содержание бензпирена иногда превышает нормативный показатель в 20 раз. К четверке наиболее загрязненных городов Украины, кроме Кривого Рога и Днепродзержинска, относятся Запорожье и Мариуполь. Неудовлетворительно и состояние атмосферного воздуха в Киеве. Наибольшая доля загрязнений в нем приходится на автотранспорт. За год автомашины поглощают из атмосферы Киева около 1 млн. т кислорода. Такого количества хватило бы для дыхания 30 млн. человек

В связи с загрязнением атмосферы возникают проблемы, связанные со снижением ее прозрачности и уменьшением видимости, появлением неприятных запахов и запыленностью. Загрязнение воздуха создает угрозу здоровью человека и нормальному функционированию экосистем.

Энергетический баланс планеты меняется вследствие изменения альбедо (отражательной способности) земной поверхности, прозрачности атмосферы и выделения в нее большого количества теплоты. Альбедо изменяется при культивировании растительности определенного характера, а также при орошении или осушении поверхности Земли.

Запыленность атмосферы оказывает влияние на отражательную способность Земли. Гигиенический стандарт атмосферы допускает суммарную запыленность в 1,5 т/га но, в отдельных промышленных районах она достигает 60 т/га. Частицы пыли некоторое время остаются в атмосфере, сокращая доступ ультрафиолетового излучения и образуя ядра конденсации. Запыленность атмосферы способствует увеличению количества отраженного солнечного света и уменьшению количества излучения, достигающего Земли.Это приводит к похолоданию климата. В то же время пыль, попадающая на поверхность ледников, поглощает солнечную энергию, способствуя их таянию. Основную роль в изменении прозрачности воздуха играет накопление в атмосфере диоксида углерода. Ежегодно количество СО₂ в атмосфере возрастает на 0,4 % от общего его содержания. В настоящее время объемная доля СО₂ в атмосфере составляет 0,033 %. Считают, что содержание СО₂ в атмосфере будет удваиваться каждые 23 года. Диоксид углерода поглощает тепловое излучение и при определенной его концентрации может начаться глобальное повышение температуры Земли.

При сжигании топлива на Земле ежегодно выделяется 14,2 х 10¹⁶ кДж теплоты. Она рассеивается в окружающей среде, изменяя температурный режим планеты По расчетам при ежегодном росте производства энергии на 6 % в середине XXI века может начаться повышение средней планетарной температуры.

Количество озона в атмосфере невелико (2 х 1О -⁶ % по объему), но он играет очень важную роль в предохранении земной поверхности от ультрафиолетовой части солнечного спектра. Разрушение озонового слоя происходит в результате окисления озоном различных веществ, в том числе продуктов сгорания топлива самолетов и ракет. Это грозит увеличением дозы ультрафиолетового излучения. Разрушение озонового слоя на 50 % повлечет за собой увеличение дозы ультрафиолетового облучения в 10 раз. Процесс истощения озонового слоя наблюдается с начала 70-х гг. и в последнее время получил название возникновения озоновых дыр. Если сконцентрировать весь озон в условном сплошном слое, то его толщина не превысит 3 мм. Содержание озона минимально в верхних слоях тропосферы в области полюсов,а максимально - вблизи экватора. Регулярные измерения толщины озонового слоя начались около 40 лет назад. Результаты измерений показали медленное, но неуклонное и повсеместное уменьшение толщины озонового слоя. К настоящему времени озоновый слой стал в среднем тоньше на 3 - 4 %, чем это было в 1969 г. Но это - в среднем, а в отдельных местах ситуация куда хуже. Самое сильное утоньшение озонового слоя наблюдают ежегодно весной в Антарктиде.Там толщина озонового слоя уменьшается в 1,5 - 2 раза. В 1987 г. она убавилась втрое. Площадь антарктической озоновой дыры доходила до 40 млн. км². Дыры значительно меньшего масштаба зафиксированы и в северном полушарии. Весной 1989 г. небольшую озоновую дыру наблюдали над северной частью Норвегии и Шпицбергеном. В феврале 1993 года наблюдалось уменьшение содержания озона на 10 - 40 % над северными районами Канады и Скандинавским полуостровом. Основная причина сокращения содержания озона в атмосфере - высокая концентрация в ней монооксида хлора, причем наблюдается четкая корреляция между содержанием СIO и снижением содержания озона. Атомарный хлор реагирует с озоном и переводит его в обычный кислород:

О₃ + С/ → С/ О + О₂

С/О + О → С/+О₂.

Высвобождающие атомы хлора вновь реагируют с озоном, вызывая цепную реакцию. Один атом хлора способен разрушить 100 тыс. молекул озона. Основным источником хлора в атмосфере считаются фреоны - фтор- и фторхлоруглероды, например фреон-11 (CFC/₃) фреон-12 (CFC/₂), широко используемые в качестве холодильных агентов. Они используются не только в холодильных установках, но и в многочисленных бытовых аэрозольных баллончиках с дезодорантами, лаками, красками, инсектицидами. Молекулы фреонов очень прочны: время жизни фреона-11 и фреона-12 - 50 и 70 лет, соответственно. Вместе с воздухом их переносят ветры на тысячи километров. При попадании фреонов в область озонового слоя (15-25 км) происходит их распад под действием УФ-лучей с освобождением атомарного хлора.

После того как выяснилось, что в уничтожении озона виноваты, главным образом, фреоны, началась мощная кампания за запрещение, производства и использования фреонов.

В 1987 г. ведущими странами - производителями фреонов был подписан Монреальский протокол о снижении производства фреонов к 1997 г. на 50 %, а выпуск самых опасных для озона фреонов к 2000 г. Должен был быть прекращен.

Однако фреоны - не единственный фактор, наносящий ущерб озоновому слою. При попадании окислов азота в область озонового слоя начинает функционировать азотный цикл разрушения озона:

NО + О₃ → NO₂ + О₂

NO₂ + OH → NO + O₂

Источником окислов азота в стратосфере являются полеты сверхзвуковых самолетов, запуски космических аппаратов (особенно, работающих на твердом топливе) и ядерные взрывы. Так, один запуск космического корабля типа "Шаттл" приводит к "гашению" не менее 10 млн. т озона. Всего в мире производится около 1,4 млн. т озоноразрушающих веществ Истощение озонового слоя в атмосфере Земли приводит к увеличению потока УФ-лучей на земную поверхность, что создает опасность для всего живого на нашей планете. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), уменьшение содержания озона в атмосфере на 1% приводит к увеличению заболеваний людей раком кожи на 6%. Кроме того, рост интенсивности УФ-излчения может привести к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, к гибели фитопланктона в океане, к нарушению глобального баланса диоксида углерода и кислорода.

Весьма острой является проблема загрязнения атмосферы серосодержащими веществами. Сильнее всего загрязнено северное полушарие Земли, в атмосфере которого находится до 90 % серы антропогенного происхождения.

Диоксид серы и другие ее соединения раздражают слизистую оболочку глаз и дыхательные пути. Продолжительное действие малых концентраций сернистого газа ведет к возникновению хронического гастрита, бронхита, ларингита и других болезней. Есть сведения о связи между содержанием диоксида серы в воздухе и уровнем смертности от рака легких. Диоксид серы оказывает вредное действие на растения. Поступая внутрь листа при дыхании, он угнетает жизнедеятельность клеток. При этом листья растений сначала покрываются бурыми пятнами, а затем засыхают. В атмосфере SO₂ окисляется до SO₃. Окисление происходит каталитически под воздействием следов металлов, главным образом марганца. Кроме того, газообразный и растворенный в воде диоксид серы может окисляться озоном и перекисью водорода. Соединяясь с водой, серный ангидрид образует серную кислоту. Переносу диоксида серы на дальние расстояния и его рассеиванию в верхних слоях атмосферы способствует строительство высоких дымовых труб, это снижает локальное загрязнение атмосферы. Поэтому для отвода газов и дыма трубы на промышленных предприятиях стали строить все выше и выше.На никелевом заводе в Канаде есть дымовая труба высотой 380 м, а в Англии построена труба высотой 415 м, на Углегорской ГРЭС в России высота дымовой трубы составляет 300 м. В результате такого приема, рассчитанного на естественное самоочищение воздуха за счет рассеивания выбросов, увеличивается время пребывания серосодержащих соединений в воздушной среде и, следовательно, увеличивается степень их превращения в серную кислоту. Благодаря высоким трубам дым промышленных предприятий перемещается на сотни километров, и одни страны становятся объектом постоянного загрязнения со стороны других. Украина ежегодно получает более 600 тыс. т диоксида серы от стран Западной Европы. Диоксид серы в сочетании с водяным туманом является главным компонентом сернистого смога, который иногда называют смогом лондонского типа, так как впервые от него сильно пострадали в 1952 г. жители Лондона. А растворенный в капельках дождя он наносит существенный ущерб растительному миру

Дождь и до вмешательства человека не был дистиллятом. В атмосфере всегда находится диоксид углерода, который, реагируя с водой, дает слабую угольную кислоту рН которой составляет 5,6. Поэтому в химии атмосферы кислым считается раствор, значение рН которого менее,чем 5,6. Эту важнейшую точку отсчета для измерения кислотного загрязнения воздуха для нас сохранили вечные льды Гренландии и Антарктиды: рН талой воды из древних льдов колеблется в пределах 5,2 - 5,6. Сейчас средний кислотный показатель в любом промышленном центре Западной Европы варьирует около 4,1; в Санкт-Петербурге рН дождя составляет 3,7 - 4,8; в Киеве 4,0. Наибольшие в мире значения кислотности осадков были зафиксированы: в 1979 г. в США (рН = 1,7), в 1981 г. в Китае (2,25), 1974 г. в Шотландии (2,4). Ежегодно с осадками выпадают миллионы тонн кислот, что ведет к радикальному изменению химии природной среды, Закисление почвы приводит к накоплению в ней ионов алюминия - самого распространенного металла земной коры. Проникая в корни растений он вытесняет там кальций и магний, без которых растению грозит голодная смерть.

От этого в различных регионах мира погибают леса на площади более 31 млн. га. Так, на территории Германии кислотными дождями повреждено около 35 % площади лесных массивов страны, а в Канаде уже погибли старейшие леса (возраст более 300 лет) из бальзамической ели. Кислотные осадки привели к гибели горных лесов из красной ели в северных Аппалачах (США). В Голландии и Великобритании к 1986 г. около 30 % деревьев оказались засохшими, в Чехии и Швейцарии погибли 16 % деревьев. Отмечены случаи поражения лесов в Карелии и Сибири (Россия), Белоруссии. Жертвами кислотных дождей стали озера и реки. При повышении кислотности в воде быстро нарастает содержание алюминия. А его концентрация (0,2 мг/л) является смертельной для рыб. В то же время фосфаты - соединения, обеспечивающие развитие фитопланктона и водной растительности, - соединяясь с алюминием, становятся малодоступными для организмов. Кислотность также повышает растворимость высокотоксичных веществ - кадмия, цинка, свинца и ртути.

При значении рН менее 5 прекращаются все нормальные формы жизни, кислотные дожди повредили 15000 озер Швеции, причем в 1800 озерах полностью утрачены признаки жизни. В Канаде закислены более 14000 озер, в Норвегии из 5000 обследованных озер в 1750 исчезла рыба. В плохом состоянии находятся многие озера США, Швейцарии и других стран. Другая серьезная проблема связана с присутствием сульфатов в атмосфере. Частицы сульфатов размером 0,1 - 1мкм сильно рассеивают свет, ухудшают видимость и оказывают отрицательное воздействие на организм человека.

Дата добавления: 2014-01-04