Практично всі перераховані гази інтенсивно використовуються в промисловості. Атмосфера є й середовищем проживання та джерелом необхідної сировини, і одночасно басейном відходів діяльності людства, через кожні 12-15 років промисловий потенціал яких подвоюється. Із добутих щорічно на Землі 26 т різних мінералів у перерахунку на кожну людину використовується лише 2%, а решта повертається як відходи.

Звичайно, в атмосферному повітрі присутні різноманітні домішки, що переносяться повітряними потоками, піддаються фізичним та хімічним змінам під впливом природних і антропогенних чинників, а також впливають на прозорість атмосфери, перешкоджаючи проходженню сонячних променів до поверхні Землі.

Температура повітря над поверхнею Землі визначається сонячним випромінюванням і процесами, що протікають в атмосфері. Кількість тепла, що падає на горизонтальну поверхню, прямо пропорційна синусу кута стояння Сонця над горизонтом, а це визначає добові і сезонні коливання температури в даних районах. Таким чином, чим вище широта місцевості (на північ або на південь від екватора), тим більший кут нахилу, під яким сонячні промені досягають земної поверхні, тим холодніший клімат.

У атмосфері відбувається постійний рух повітряних мас, обумовлений перепадами тиску й обертанням Землі. У приземному прошарку вітер впливає на всі метеорологічні перерозподіли домішок в атмосферному повітрі.

У межах атмосфери виділяють область високого і низького тиску, при цьому в одних і тих самих точках спостерігаються сезонні і добові максимуми і мінімуми тиску. Нормальним рахується тиск 1 кПа, що відповідає 750,1 мм рт. ст.

3.3 Вплив діяльності людини на повітряний басейн

3.3.1 Хімічне забруднення атмосфери

Розглянемо ті фактори, які приводять до погіршення стану однієї з важливих складових біосфери - атмосфери. Людина забруднює атмосферу вже тисячоліттями, однак наслідки використання вогню, яким вони користувались весь цей період, були незначні. Потрібно було миритись з тим, що дим заважав диханню і сажа лягала чорним покровом на стелі та стіни житла. Тепло, що отримувалось було для людини важливіше, ніж чисте повітря та незакопчені стіни печери. Це початкове забруднення повітря не було проблемою, тоді люди жили невеликими групами, займали невимірно широке незаймане природне середовище. Навіть значне зібрання людей на невеликій території, як це було у класичній давнині, не супроводжувалось серйозними наслідками.

Так було до початку XIX століття. Лише за останні сто років розвиток промисловості "обдарував" нас такими виробничими процесами, наслідки яких спочатку людина не могла уявити. З'явились міста -- мільйонери, зростання яких неможливо зупинити. Все це результат великих винаходів і завоювань людства.

Газова оболонка Землі (атмосфера), що забезпечує основні процеси, які зумовлюють існування живих організмів на планеті (дихання), і виступає як унікальна система захисних екранів для біосфери, в свою чергу, являє собою один з найбільш вразливих компонентів географічної оболонки. Склад і властивості повітряної оболонки, а отже і кліматичні властивості планети та окремих її регіонів, постійно змінюються. Ці зміни зумовлюються на глобальному рівні відомими процесами природної циклічності (ритмічності), в основі яких лежать періодичні зміни сонячної активності, різноманітних космічних факторів тощо. Невпинне нарощування промислово-технічного і насамперед енергетичного, потенціалу людства поступово виводить антропогенний фактор в число глобальних геофізичних сил, за масштабами співставних з природними процесами. Наслідки антропогенної трансформації повітря за порівняно невеликі проміжки часу поширюються на цілі регіони і зрештою можуть суттєво впливати на планетарний перебіг атмосферних процесів, тягнучи за собою цілу низку непередбачених змін у природі Землі.

В основному існує три основних джерела забруднення атмосфери: промисловість, побутові котельні, транспорт. Доля кожного з цих джерел в загальному забрудненні повітря сильно відрізняється в залежності від місця. Зараз визнано, що повітря найбільше забруднює виробництво.

Сьогодні в цілому по країні промислові забруднення атмосфери стаціонарними джерелами викидів на третину обумовлені металургійною промисловістю. В районах розміщення металургійних підприємств ця частка значно вища. Наприклад, комбінат "Запоріжсталь", що виплавляє приблизно 5 млн. т сталі за рік, викидає щорічно 150 тис. т. Це складає близько 50% всіх викидів міста Запоріжжя. За викидами в атмосферу Запоріжжя з його близько 350 тис. т щорічних викидів від стаціонарних джерел у 12 разів перевищує за цим показником Сімферополь. В результаті хімічного забруднення середовища збитки в Запоріжжі за кількістю втрачених років життя в 10-13 разів перевищують збитки від усіх решти професійних захворювань. Захворюваність населення Запоріжжя перевищує в середньому по країні в 1,22 разу.

Викиди такої канцерогенної речовини, як бензопирен, складають по комбінату "Запоріжсталь" лише декілька сот кілограмів на рік, але ця речовина більш ніж в мільйон разів отруйніша окису вуглецю -- речовини, що приймається за еталон при співставленні викидів. Перемноживши масу речовини, що викидається за одиницю часу, на її агресивність - показник, що характеризує рівень токсичності - отримаємо об'єктивну оцінку шкідливості даного викиду. Якщо враховувати агресивність бензопирену, то стає зрозумілим, що він є одним з найшкідливіших за всі інші викиди. Отруйність цього компонента така, що США і деякі інші країни навіть в останні десятиріччя намагаються винести металургійні підприємства за межі своєї країни.

Джерела забруднень - теплоелектростанції, які разом з димом викидають у повітря сірчаний та вуглекислий газ; металургійні підприємства, особливо кольорової металургії, які викидають у повітря оксиди азоту, хлору, фтору, аміаку, з'єднання фосфору, частинки та з'єднання ртуті та миш'яку; хімічні та цементні заводи. Шкідливі гази потрапляють в повітря в результаті спалювання палива для потреб виробництва, опалення будівель, роботи транспорту, спалювання та переробки побутових та промислових відходів.

Атмосферні забруднювачі поділяють на первинні, які безпосередньо потрапляють в атмосферу, і вторинні, які являються результатом перетворення останніх. Так, сірчаний газ, який потрапляє в атмосферу окислюється до сірчаного ангідриду, який взаємодіє з парами води та утворює краплини сірчаної кислоти. При взаємодії сірчаного ангідриду з аміаком утворюються кристали сульфату амонію. Аналогічно, в результаті хімічних, фотохімічних, фізико-хімічних реакцій між речовинами забруднювачами та компонентами атмосфери, утворюються інші другорядні ознаки. Основним джерелом пірогенного забруднення на планеті є теплові електростанції, металургійні та хімічні підприємства, котельні установки, що споживають більше 170% твердого та рідкого палива, яке щорічно добувається.

Достатньо згадати, що середня річна температура повітря на планеті за останні 100 років зросла з 14,5°С до 15,2°С. Враховуючи, що потепління клімату невпинно зростає: людство досить швидко може подолати поріг, за яким теплова трансформація атмосфери стане незворотною.

Термічне забруднення атмосфери. Абсолютна величина енергії, що потрапляє у біосферу в результаті діяльності людини, дорівнює енергії деяких природних процесів, зокрема вулканів та вивітрювання земної кори. Якщо темпи спалювання пального будуть такими, як тепер, то через 40 років цей тепловий внесок у біосферний баланс становитиме 1%, а через 100 років - 10%. В останньому випадку, за деякими оцінками, середня температура земної поверхні й океану підніметься до 7 градусів за шкалою Цельсія.

Якщо вулкани Землі щорічно викидають на поверхню біля З млрд. т речовини, то людина добуває з надр Землі більш як 120 млрд. т. різноманітних горючих руд, будівельних матеріалів.

Ще більш яскраво і більш загрозливо виглядає зростаюче забруднення атмосфери, яке здійснюється через стаціонарні (різноманітні енергетичні та промислові підприємства) і нестаціонарні (пересувні) джерела.

Наприкінці 80-х років, коли економіка України працювала на повну потужність, лише у межах нашої держави щорічно в атмосферу викидалось близько 17 млн. т різноманітних забруднюючих речовин (11 млн. "постачали" стаціонарні підприємства, а близько 6 млн. т припадало на долю автомобільного, річкового, залізничного транспорту, сільськогосподарських машин та інших пересувних джерел). За даними міністерств та відомств України, у структурі викидів забруднюючих речовин стаціонарними джерелами досліджують оксиди вуглецю, сірчистий ангідрид та тверді частинки, на долю яких загалом припадає близько 90% всіх викидів підприємств. Незважаючи на те, що нестаціонарні джерела забруднення складають лише третину від загальної маси шкідливих викидів, по окремим компонентах їх частка значно зростає. Так, транспортні засоби викидають щорічно в повітря в середньому 55% загальної кількості вуглеводнів, 47% оксиду вуглецю, 39% оксидів азоту тощо. Згадане вище стосується джерел забруднення атмосфери, розташованих безпосередньо на території України. Насправді перенесення повітряних мас завдяки загальним процесам циркуляції атмосфери зумовлює надходження на територію країни повітря, значною мірою трансформованого і забрудненого ще за її межами.

Однак, можливий зовсім інший варіант зміни хімізму опадів та ґрунтів. За даними лабораторії екології Укр. НДЛІГА, підлуговування опадів відбувається в районі забруднення атмосфери викидами азотно-тукових виробництв. Так, нормальна реакція снігу в районі Рівненського ВО "Азот" відмічена лише на віддалі 40 км від підприємства, рівночасно як в радіусі до 10 км рН = 63-7,6, а до 1 км -. 8,6-8,9. Причиною підлуговування тут, незважаючи на наявність у викидах кислих газів (оксид сірки, оксиди азоту), є вміст у викидах аміаку. У радіусі до 10 км від Миколаївського (Львівська обл.) та Балаклійського (Харківська обл.) цементних комбінатів рН снігу перевищує 7,0; до 3 км - 9,0; 1 км - 11,0. Причиною підлуговування є викиди пилу (рН = 10-12), що містять 60-80% лужних та лужноземельних металів. У районах Зміївської та Ворошиловградської ГРЕС, що працюють на кам'яному вугіллі і викидають велику кількість попелу, рН снігу коливається в межах 6,6-6,7. Ступінь порушеності ґрунтів у зонах цих підприємств неоднаковий. Він зумовлений характеристикою викидів і фізико-хімічними властивостями ґрунтів. Найбільші зміни в ґрунті відмічені в районах цементних виробництв. Вже після 10-15 років їх роботи спостерігається чітко виражена зона сильного підлуговування ґрунтів радіусом 7-9 км.

Промислові викиди в атмосферу пригнічують фотосинтетичний апарат дерево - чагарникових порід. Виступаючи в ролі природного біологічного фільтра, дерево-чагарникові рослини відіграють суттєву роль в очистці атмосферного повітря від забруднення. У цьому аспекті першочергове значення надається здатності деревних рослин виконувати пило-осаджуючу і газопоглинаючу функції.

Одне дерево, що отримує на собі 10 кг і чагарник 3 кг листків у розрахунку на суху масу накопичують за вегетаційний період таку кількість сірчистого газу: тополя бальзамічна - до 180 г, ясен зелений - 170 г, в'яз гладкий -- 120 г, липа серце-листа - 100 г, береза пухнаста - 90 г, клен гостролистий - 20 г.

3.3.2 Основні речовини забруднювачі

Основними шкідливими домішками пірогенного походження є слідуючи:

Оксид вуглецю отримується при неповному згоранні речовини з водню. В повітря він потрапляє в результаті спалювання твердих відходів, з вихлопними газами та викидами промислових підприємств. Щорічно в атмосферу потрапляє не менше 1250 млн. тон цього газу. Оксид водню є поєднанням, яке активно реагує з складовими частинами атмосфери та сприяє підвищенню температури на планеті, і створенню парникового ефекту. Він надходять в атмосферу головним чином у двох формах - у вигляді вуглекислого та чадного газів.

Вуглекислий газ (діоксид вуглецю) сам по собі не є токсичним і знаходить широке використання у побуті (газована вода, "сухий" лід, тощо). Він відіграє важливу екологічну роль, що проявляється головним чином через згадуваний вже парниковий ефект, і в кінцевому рахунку надмірне надходження вуглекислого газу в атмосферу позначається на загальному потеплінні клімату Землі. Щорічно на планеті викидається в повітря до 19-20 млрд. тон діоксиду вуглецю, основна маса якого утворюється при спалюванні різних видів палива та у процесі хімічного та цементного виробництва.

За 100 років середня температура поверхні Землі збільшилась на 0,5-0,6 градуса, як наслідок, рівень світового океану піднявся на 10-12 см.

Чадний газ (оксид вуглецю), на відміну від вуглекислого газу є токсичним, причому його екологічна небезпека посилюється відсутністю кольору і запаху. Токсичність чадного газу пояснюється тим, що він жадібно засвоюється гемоглобіном крові, і замість кисню переноситься від легень до різних тканин та органів, зумовлюючи кисневе голодування і загибель організму. В природних умовах концентрація оксиду вуглецю в повітрі не перевищує 0,1-0,2 чнм (частин на мільйон), а в населених пунктах (в залежності від характеру та інтенсивності промислового та транспортного навантаження) вона може сягати 1-140 чнм. В цілому на Землі в атмосферу, внаслідок, господарської діяльності людини щорічно надходить близько 300 млн. тон чадного газу.

В Україні основними джерелами викидів в атмосферу чадного газу виступають автотранспорт (47%) та підприємства гірської металургії (37%). Близько 8-10% припадає на спалювання вугілля, торфу та дров, приблизно стільки ж на знищення побутових відходів, 3-5% - на лісові пожежі. Для зменшення забруднення повітря від автотранспорту пропонується здійснити масове переведення автомобілів з бензину на природний та зріджений газ, розробка методів газифікації бензину, обладнання автотранспортних засобів каталітичними каталізаторами для очищення вихлопних газів; на металургійних підприємствах, де 60-80% викидів оксидів вуглецю припадає на агломераційне виробництво, пропонується здійснювати очищення чадних газів шляхом переходу на замкнуті безвідходні технології.

Оксиди сірки (сірчистий ангідрид, сірчистий газ) надходять в атмосферу головним чином з природних джерел (щорічно близько 200-215 млн. т сірчистого газу утворюється з сірководню, що виникає при розкладанні органічних речовин, ще близько 4-5 млн. т викидається в атмосферу при вивержені вулканів). В Україні головними джерелами сірчистого забруднення атмосфери виступають теплові електростанції (до 70%), а також підприємства гірської та кольорової металургії, вугільної та хімічної промисловості.

Сірчистий газ, що попадає в атмосферу з різних джерел, пересічно знаходиться у повітрі протягом 5 діб. Приблизно 20% його випадає на "підстилаючу" поверхню "сухим" шляхом , а решта виноситься дощем і снігом. Саме таке походження мають відомі кислі (кислотні) дощі.

а) сірчистий ангідрид. Виділяється в процесі згорання сіркомістного палива або обробки сірчаних руд (до 170 млн. тон в рік). Частина сполук сірки виділяється при горінні органічних залишків у гірничорудних відвалах.

б) сірчаний ангідрид. Утворюється при окисленні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції є аерозоль або розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, який підкислює ґрунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових смолоскипів хімічних підприємств відмічається при низькій хмарності та високій вологості повітря. Листя рослин, що ростуть на відстані не менше 11 км від таких підприємств часто бувають вкриті мілкими плямами, що утворились в місцях осідання краплин сірчаної кислоти. Пірометалургійні підприємства кольорової та чорної металургії, а також ТЕС щорічно викидають в атмосферу десятки мільйонів тон сірчаного ангідриду.

в) сірководень та сірковуглець. Потрапляють в атмосферу окремо або разом з іншими поєднаннями сірки. Основними джерелами викидів є підприємствами по виготовленню штучного волокна, цукру, коксохімічні, нафтопереробні, а також нафтопромисли. В атмосфері при взаємодії з іншими забруднювачами піддаються повільному окисленню до сірчаного ангідриду.

Аміак і оксиди азоту - третя за масою і значенням (після оксидів вуглецю та сірки) газоподібна речовина, що активно забруднює атмосферу. При цьому аміак та захисні форми азоту в атмосферу надходять майже виключно з природних джерел (виняток становлять аварійні ситуації на хімічних заводах, на транспорті та хімічних складах підприємств, де трапляються залпові викиди аміаку при руйнування сховищ, цистерн, баків тощо). Оксид азоту утворюється, головним чином, внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів та при горінні. Щорічно в атмосферу природнім шляхом надходить близько 450 млн. т азоту, а штучні джерела дають 40-50 млн. т. Головними джерелами надходження оксидів азоту є високотемпературне спалювання викопного палива та робота транспортних засобів (двигуни внутрішнього згоряння, дизелі). В Україні понад 50% оксидів азоту викидається в повітря підприємствами Міненерго, насамперед тепловими станціями, близько 24% - металургійними комплексами, а решта - транспортними засобами (автомобілі, авіація, річкові судна тощо), хімічними підприємствами та при спалюванні твердих побутових та промислових відходів. Діоксид азоту утворюється і природнім шляхом (виверження вулканів, електричні розряди у верхніх шарах атмосфери). Оксиди азоту зумовлюють утворення "коричневого смогу". Підвищена концентрація оксидів азоту у хмарах, де вони поєднуються з водою, формує другий (після сірчаної кислоти) різновид кислотних дощів.

а) оксид азоту. Основними джерелами викидів підприємства, що виготовляють азотні добрива, азотну кислоту і нітрати, анілінові барвники, нітросполуки, віскозний шовк, целулоїд. Кількість оксидів азоту, що потрапляють в атмосферу, складає 20 млн. т в рік.

б) сполуки фтору. Джерелами забруднення є підприємства по виготовленню алюмінію, емалей, скла, кераміки, сталі, фосфатних добрив. Фторомістні речовини потрапляють в атмосферу у вигляді газоподібних сполук - фтороводню або пилу фториду натрію і кальцію. Сполуки характеризуються токсичним ефектом. Похідні фтору - це сильні пестициди.

Також потрапляють в атмосферу від хімічних підприємств, що виробляють соляну кислоту, хлоровмістні пестициди, органічні барвники, гідролізний спирт, хлорне вапно, соду. В атмосфері зустрічаються як домішки молекули хлору та пару соляної кислоти. Токсичність хлору визначається видом сполук та їх концентрацією. В металургійній промисловості при виплавці чавуну і при переробці його на сталь, відбувається викид в атмосферу різноманітних важких металів та отруйних газів. Так, в розрахунку на 11 т чавуну виділяється крім 12,7 кг сірчистого газу та 14,5 кг пилових частинок, що визначають кількість сполук миш'яку, фосфору, сурми, свинцю, парів ртуті та рідких металів, смоляних речовин та ціаністого водню.

Так, якщо фоновий вміст деяких забруднювачів в атмосфері становить: сірчаного газу - 0,1-4,0; аміаку - 7; озону - 39; CO - 115 (мкГ/м³), - то в індустріальних центрах середня концентрація цих токсикантів вища відповідно в 1000; 2; 25; 714; 521 раз. Максимальні концентрації цих газів ще значно більше перевищують фонові: по оксиду сірки (IV) - в 10-20 тис. раз, аміаку - в 2 тис. разів, діоксиду азоту в 10-15 тис. разів.

Промислове забруднення завдає значних збитків народному господарству: економічні втрати від кислих дощів складають 4% від валового національного продукту. Щорічний загальний економічний збиток від забруднення атмосфери складає 16 млрд. доларів. Ще декілька фактів: міжремонтний період експлуатації дахів у забрудненому середовищі скорочується в 6-7 разів; дроти зв'язку в сільській місцевості служать 50-60 років; а в індустріальних районах -4-5 років. Якщо у Волинській області машини фарбують один раз на три роки, то в таких промислових центрах Донбасу, як Макіївка та Маріуполь, два рази на рік. Та чи не найбільшої шкоди зазнають ліси, парки, декоративні посадки. Випадки сильного пошкодження лісів спостерігали в Україні. Так, у 1964 р. В урочищі "Лісова дача" Лисичанського лісництва в результаті аварійного викиду аміаку на Сєвєродонецькому ВО "Азот" всохло 64 га пристигаючих соснових деревостанів. У 70-ті роки сильне пошкодження дубових деревотанів спостерігалось і в районі Стебницького калійного заводу (Львівська область). Така катастрофічна ситуація виникла і в районі Рівненського ВО "Азот", коли великий викид фітотоксикантів співпав з антициклонною погодною ситуацією, і в результаті тільки в одному Решуцькому лісництві було пошкоджено 459 га насаджень. Рівненське ВО "Азот" виплатило штраф у розмірі 1,25 млн. крб.

Техногенне забруднення навколишнього середовища призводить до суттєвих порушень хімізму не лише в аеротопі (повітрі, опадах), але й в адефотопі (ґрунті, підстилці). Така точка зору почала міцно утверджуватися після відкриття феномену кислих дощів. Термін "кислі дощі" був введений англійським хіміком А. Сміттом понад сто років тому, коли він виявив залежність між рівнем забруднення атмосферного повітря над Манчестером і кількістю опадів. За наявністю вуглекислого газу в атмосфері і утворення вуглекислоти при його сполученні з водяною парою незабруднені опади мають самі по собі кислу реакцію (їх рН = 5,5-5,6). Значне забруднення атмосфери кислими газами (сірчистий ангідрид, оксиди азоту, різні сполуки хлору і фтору) ще більше зсуває хімічний баланс у кислий бік. Гази-забруднювачі повітря, оксид сірки (IV) і оксид азоту (IV), сполучаючись з вологою, утворюють дрібні крапельки кислот (відповідно сірчаної і азотної), які дуже негативно впливають на рослини, тварин і людей, спричиняють появу смогу, корозії металів, будівельних матеріалів, архітектурних споруд і пам'ятників. Ситуація ще більш ускладнюється трансграничним переносом. За деякими даними, 20% кислих опадів у Європі викликані викидами промисловості Північної Америки. Загальна площа території, яка знаходиться під впливом кислих дощів у Північній Америці та Європі, -5-10 млн. км .

Вуглеводні, що надходять в атмосферу внаслідок господарської діяльності людини (90-95 млн. т на рік), складають порівняно незначну частку в загальній масі природних вуглеводних утворень. Основні джерела антропогенного забруднення повітря вуглеводневими сполуками пов'язані з неповним згоранням бензину і дизельного палива під час експлуатації транспортних засобів. При цьому особливо небезпечні викиди погано відрегульованих дизельних двигунів, де знаходиться висока кількість складних циклічних та ароматичних вуглеводнів, що відносяться до канцерогенних речовин (бензопирен та ін.). Подібні небезпечні для людини сполуки можуть утворюватися також при спалюванні вугілля, нафти, побутового сміття і навіть при спалювання тютюну. Чимало вуглеводнів надходять в атмосферу з хімічних підприємств, при випаровуванні різноманітних побутових речовин, при виготовленні та використанні синтетичних фарб тощо.

Важкі метали. Корисні копалини (нафта, вугілля, руди тощо) протягом мільйонів років акумулюють різні хімічні елементи, в тому числі і важкі метали, а розробка і переробка цих корисних копалин (енергетика, металургія та ін.) вивільнюють важкі метали, які зрештою нагромаджуються в повітрі, воді та ґрунті. Помітне місце у нарощуванні концентрації важких металів в навколишньому середовищі належить спалюванню різних видів палива (при цьому в атмосферу надходить 85% ванадію, 98% кобальту, 77 % нікелю тощо).

Особливо слід виділити основного "постачальника" свинцю в повітря -- автотранспорт: в етиловому бензині вміст свинцю, який з 1924 року використовується як антидетонатор, становить 0,5-0,8 г/л, у зв'язку з чим через вихлопні гази в атмосферу надходить до 90% загального обсягу свинцю. Надходження ртуті в атмосферу пов'язується з широким спектром різноманітних повсякденних робіт - розорювання земель, бурінням свердловин, гірничодобувною діяльністю, промисловими вибухами тощо, під час проведення яких збільшується проведення ртуті через поверхню ґрунту.

Загальну уяву про обсяги і співвідношення природних та антропогенних джерел забруднення атмосфери важкими металами можна скласти з аналізу, що приведений в табл. 3.2.

Таблиця 3.2. Щорічне надходження деяких важких металів в атмосферу (наводиться за А. Манійле та Ю. Шишковим, 1991)

Успіхи, які були досягнуті по зменшенню шкідливих викидів автотранспорту у 1990-1992 pp. були зведені майже нанівець протягом 1993-1994 pp., коли на автомагістралі вийшли сотні "іномарок", більшість з яких розпродувались за кордоном нашим покупцям саме через їх невідповідність діючим там природоохоронним законам і стандартам.

3.3.3 Аерозольне забруднення атмосфери

Аерозолі - це тверді, але рідкі частинки, що знаходяться в підвішеному стані в повітрі.

Тверді частинки надходять в атмосферу як з природних джерел (подрібнення гірських порід внаслідок процесів вивітрювання, пилові бурі, вулканічний попіл тощо), так і завдяки технологічним процесам різноманітної господарської діяльності (зола, пил, сажа). В цілому на планеті поки що явно домінують природні джерела аерозольного забруднення, які щорічно постачають в атмосферу від 700 до 2200 млн. т аерозолів. На долю штучних джерел забруднення припадає щорічно від 148 до 415 млн. т твердих викидів у повітря, що складає близько 20% від маси аерозолів природного походження, однак частина ця безперервно зростає. Ми звикли до нарощування кількості твердих викидів, як, зрештою, й інших забруднювачів навколишнього середовища, пов'язувати з науково-технічним прогресом людства: мовляв, нарощування економічного потенціалу обов'язково супроводжується зростанням маси найрізноманітніших викидів і відходів виробництва, що негативно позначається на всьому природному комплексі. Ця теза справедлива лише частково, оскільки краще чи гірше, більшим чи меншим запізненням в часі, економічні новації супроводжуються налагодженням природоохоронних заходів. Значно гірше виглядає ситуація в країнах (регіонах), яка в силу тих чи інших політичних причин (революція, війна, непродумані реформації тощо) потрапляють в економічно-кризові умови. Головна загроза навколишньому середовищі виходить не тільки від функціонування підприємств із застарілою технологією, а й через неспроможність держави спрямувати необхідну кількість фінансових і матеріальних ресурсів для вирішення природоохоронних завдань. Останнє певною мірою стосується і ситуації в Україні, де нагромадилась величезна кількість екологічно небезпечних підприємств (хімічних, металургійних та інших), орієнтованих на технології 50-60-х років (а іноді і старіші).

Головними джерелами викидів твердих частинок у повітря в Україні є теплові електростанції (незважаючи на обладнання мокрими золоуловлювачами та сучасними електрофільтрами, які теоретично дозволяють перехоплювати 98-99% твердих викидів, вимушений перехід на низькосортне вугілля з високою зольністю, дозволяє перехоплювати ледь більше 90% аерозолів), металургійні заводи з їх велетенськими об'ємами "перелопачування" руди та коксу і обов'язковими виробництвами, а також підприємства промисловості будівельних матеріалів, де кар'єрні способи розробки вимагають звільнення значних площ фунтового і рослинного покриву, що зменшує природну стійкість порід до процесів термічного і вітрового руйнування (до того ж сам процес виробництва на численних каменеподрібнюючих, щебеневих, цементних та інших заводах галузі супроводжується величезною масою аерозольних викидів). Помітне місце у аерозольному забрудненні повітря посідають лісові пожежі та спалювання органічного палива (конденсація речовини під час горіння або неповне згорання через нестачу кисню чи низьку температуру горіння), а також роботи, пов'язані з обробкою сільськогосподарських угідь (пил від роботи сільськогосподарських машин, викиди дизельних двигунів, застосування мінеральних добрив та пестицидів тощо). Аерозольні частинки від цих джерел відрізняються великою різноманітністю хімічного складу. Частіше всього в їх складі знаходяться сполуки кремнію, кальцію та вуглецю, рідше - оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, миш'яку, берилію, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбест. Ще різноманітніший органічний пил, який включає аліфаграфічні та ароматичні вуглекислі гази, солі кислот. Він утворюється при спалюванні залишкових нафтопродуктів, в процесі піролізу на нафтопереробних, нафтохімічних та інших подібних підприємствах.

Постійним джерелом аерозольного забруднення є промислові відвали - штучні насипи з перевідкладеного матеріалу, переважно крихких порід, що утворюється при добуванні корисних копалин або з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС.

Джерелом пилу та отруйних газів служать вибухові роботи. Так, в результаті одного середнього по масі вибуху (1250-3000 тон вибухових речовин) в атмосферу викидається біля 12 тисукуб. М/ умовного вуглекислого газу та більше 1150 т пилу. Виробництво цементу та інших будівельних матеріалів також являється джерелом забруднення атмосфери пилом. Основні технологічні процеси цих виробництв - подрібнення та технічна обробка шихт, напівфабрикатів та продуктів, що отримуються в потоках гарячих газів, завжди супроводжуються викидами пилу та інших шкідливих речовин в атмосферу. До атмосферних забруднювачів відносяться насичені та ненасичені вуглеводні - які включають від 11 до 13 атомів вуглецю. Вони піддаються різноманітним перетворенням, окисленню, полімеризації, взаємодії з іншими атмосферними забруднювачами після збудження сонячною радіацією.

Тверді компоненти аерозолів в ряді випадків особливо загрозливі для організмів, а у людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману, мгли або димки. Значна частина аерозолів утворюється в атмосфері при взаємодії твердих та рідких частин між собою або з водяною парою. Щорічно в атмосферу потрапляє біля 11 куб. Км пилоподібних частинок штучного походження. Велика кількість пилових частинок утворюється також у ході виробничої діяльності людей. Приведемо нижче дані про деякі джерела пилу:

Виробничий процес викиду пилу, млн. т /рік

Спалювання кам'яного вугілля 93,60

Виплавка чавуну 20,21

Виплавка міді (без очистки) 6,23

Виплавка цинку 0,18

Виплавка олова (без очистки) 0,004

Виплавка свинцю 0,13

Виробництво цементу 53,37

В результаті цих реакцій утворюються перекисні сполуки, вільні радикали, сполуки вуглеводнів з оксидами азоту та сірки, часто у вигляді аерозольних частинок. За певних - погодних умов можуть утворюватись надто великі накопичення шкідливих газоподібних та аерозольних домішок в приземному шарі повітря. Зазвичай це відбувається в тих випадках, коли в шарі повітря безпосередньо над джерелом газопилової емісії існує інверсія - розміщення шару більш холодного повітря під теплим, що перешкоджає повітряним масам і затримує перенесення домішок вверх.. В результаті інверсії шкідливі викиди зосереджуються в приземельному шарі , вміст їх біля землі різко зростає, що стає однією з причин утворення раніше невідомого в природі фотохімічного туману.

Розмаїття джерел аерозольного забруднення зумовлює і різноманітність розмірів, складу, хімічних і фізичних властивостей твердих частинок, що надходять у повітря, а відтак спричиняє і цілий комплекс природних і екологічних наслідків.

Аерозольне забруднення насамперед проявляється через вплив на погоду і клімат, оптично активні тверді частинки з радіусом 0,1-1,0 мікрон є основним фактором замутнення атмосфери; частинки з радіусом 0,001-100 мікрон виступають як ядра конденсації вологи в атмосфері і сприяють формуванню хмар і туманів, утворенню різноманітних атмосферних опадів.

Ще більш яскраво екологічна роль аерозольного забруднення атмосфери проявляється через вплив на здоров'я людини. Відомо, що за добу через легені людини проходить 12-14 м³ повітря. Якщо у "чистому" повітрі концентрація аерозолів становить 10-12 мг/м³, то у промислових центрах і поблизу інших джерел аерозольного забруднення вона у десятки разів вища. Навіть якщо враховувати, що більш крупні частинки затримуються "фільтрами" носового апарату, а найменші повертаються з видихом повітря, то й тоді в легенях мешканця промислового центру щодоби може осідати до 1 мг аерозолів. При цьому хімічно неактивні частинки (глини, кварцовий пісок, слюди, азбест, тальк та ін.) нагромаджуючись в легенях, призводять до їх пошкодження і можуть спричиняти захворювання на силікоз, бронхіти, астму і навіть рак легенів. Що ж стосується хімічно активних аерозолів, серед яких чимало отруйних, то вони завдають шкоди не тільки легеням, а й проникаючи у кров зумовлюють розвиток різноманітних серцево-судинних та печінкових захворювань. В окремих випадках аерозольне забруднення повітря виступає подразником слизової оболонки очей, шкіри, а часом впливає і на психологічний стан людини (неприємні запахи, погіршення прозорості повітря, забруднення одягу смолистими та сажовими аерозолями тощо).

Зниження активності антропогенних джерел аерозольного забруднення атмосфери можна, насамперед, за рахунок підвищення - коефіцієнтів корисної дії золоуловлювачів на теплоелектростанціях до 99-99,5% (теоретично підготовлені проекти для використання на ТЕС і ТЕЦ переробленого і газифікованого твердого палива).

Порушення стратосферного озонового шару Землі. У вересні 1997 року міжнародна спільнота святкувала 10-ту річницю підписання Монреальського протоколу про речовини, що руйнують озоновий шар. Україна не залишилася осторонь проблеми охорони озонового шару і вжила ряд заходів. 27-29 червня 1990 року в Лондоні на другій нараді сторін Монреальського протоколу Україна підписала Поправки до Монреальського протоколу про речовини, що руйнують озоновий шар, цим підтверджуючи свої наміри вжити необхідних заходів для захисту озонового шару шляхом припинення виробництва та використання майже всіх озоноруйнуючих речовин до 1996 року.

Виробництво озоноруйнуючих речовин, які регулюються Монреальським протоколом, в Україні відсутнє і тому в забезпеченні ними Україна повністю залежить від постачальників, в основному від Росії. Але в Україні існує виробництво чотирихлористого вуглецю (ЧХВ) на Калуському заводі "Фітон" концерну "Оріана", 90% якого експортується в Росію як сировина для виробництва фреонів.

З 1991 по 1996 роки використання озоноруйнуючих речовин на підприємствах України значно зменшилося - з 7060 тон до 2087 тон.

3.3.4. Фотохімічний туман (смог)

Фотохімічний туман являє собою багатокомпонентну суміш газів та аерозольних частинок первинного та вторинного походження. В склад основних компонентів смогу входять озон, оксиди азоту та сірки, багато чисельні органічні сполуки перекисної природи, які в сукупності називаються фотооксидантами.

Фотохімічний смог виникає в результаті фотохімічних реакцій при певних умовах: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводню та інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації та безвітряної погоди або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при потужній і, не менше як на протязі доби, підвищеної інверсії. Стійка безвітряна погода, яка зазвичай супроводжується інверсіями, необхідна для створення високої концентрації реагуючих речовин. Такі умови частіше створюються в червні - вересні, рідше зимою.

При тривалій ясній погоді сонячна радіація викликає розщеплення молекул діоксиду азоту та атомарного кисню. Атомарний кисень разом з молекулярним киснем дають озон. Здавалось, останній, окислюючи оксид азоту, повинен знову перетворюватись в молекулярний кисень, а оксид азоту - в діоксид. Але це не відбувається. Оксид азоту вступає в реакцію з олефінами вихлопних газів, які при цьому розщеплюються по подвійним зв'язкам і утворюють осколки молекул та надлишок озону. В результаті дисоціації нові маси діоксиду азоту розщеплюються та дають додаткову кількість озону. Виникає циклічна реакція, внаслідок якої в атмосфері накопичується озон. В нічний час цей процес припиняється.

В свою чергу озон вступає в реакцію з олефінами. В атмосфері концентруються різноманітні перекиси, які в сумі утворюють характерні для фотохімічного туману оксиданти. Останні являються джерелом вільних радикалів, що відрізняються особливою радіаційною здатністю. Такі смоги - нерідке явище над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком та іншими містами Європи та Америки. По своїй фізіологічній взаємодії на організм людини вони надто загрозливі для дихальної та кровоносної системи і часто бувають причиною передчасної смерті міських жителів з ослабленим здоров'ям.

3.3.5 Проблема контролю викидів в атмосферу забруднюючих речовин виробничими підприємствами (ГДК)

Перевага в області розробки допустимих концентрацій в повітрі належав СССР. ГДК - такі концентрації, які не погіршують робото здатності, самопочуття , а також санітарно-побутових умов життя людини і її нащадків.

Узагальнення всієї інформації по ГДК, що отримується всіма відомствами, здійснюється в ГТО - Головній Геофізичній

Обсерваторії. Для того щоб по результатам спостережень визначити значення повітря, виміряні значення концентрації порівнюють з максимальною разовою допустимою межею концентрації та визначають число випадків, коли були перевищені ГДК, а також в скільки разів найбільше значення було вище ГДК. Середнє значення концентрації за місяць або за рік порівнюється з ГДК подовженої дії - середньо стійким ГДК.

Стан забруднення повітря декількома речовинами, що спостерігається в атмосфері міста, оцінюється за допомогою комплексного показника - індексу забруднення атмосфери (ІЗА). Для цього нормовані на відповідні значення ГДК та середні концентрації різноманітних речовин з допомогою нескладних обрахунків приводять до величини концентрації сірчистого ангідриду, а потім сумують. Максимальні разові концентрації основних забруднюючих речовин були найбільшими в Норильську (окисли азоту та сірки), Фрунзе (пил), Омську (чадний газ).

Ступінь забруднення повітря основними забруднюючими речовинами знаходиться в прямій залежності від промислового розвитку міста. Найбільш максимальні концентрації характерні для міст з чисельністю населення 1 та більше 500 тисяч жителів.

Забруднення повітря специфічними речовинами залежить від виду промисловості, яка розвинута в місті. Якщо у великому місті розміщені підприємства декількох галузей промисловості, то створюється дуже високий рівень забруднення повітря, однак проблема зниження викидів багатьох специфічних речовин до цього часу лишається невирішеною.

3.4 Забруднення атмосфери рухомими джерелами викидів

В останні десятиліття в зв'язку з швидким розвитком автотранспорту та авіації суттєво збільшилась доля викидів, які поступають в атмосферу від рухомих джерел: вантажних та легкових автомобілів, тракторів, тепловозів та літаків. Відповідно оцінкам, в містах на долю автотранспорту припадає (в залежності від рівня розвитку в даному місті промисловості та кількості автомобілів) від 30 до 70% загальної маси викидів. В США в цілому 40% загальної маси п'яти основних забруднюючих речовин складають викиди рухомих джерел.

3.4.1 Автотранспорт

Основний внесок в забруднення атмосфери роблять автомобілі, що працюють на бензині (в США їх доля 75%), потім літаки (близько 5%), автомобілі з дизельними двигунами (біля 4%), трактори та інші сільськогосподарські машини (біля 4%), залізничний та водяний транспорт (біля 2%). До основних речовин, які забруднюють атмосферу викидаючи рухомі носії (загальна кількість таких речовин перевищує 40%), відносяться оксид вуглецю (в США його доля в загальній масі складає 70%), вуглеводні (близько 19%) та оксиди азоту (близько 9%).

Оксид водню потрапляють в атмосферу, тільки з вихлопними газами внаслідок вуглеводні потрапляють в атмосферу, як разом з вихлопними газами (що складає близько 60% від загальної маси вуглеводнів, що викидаються), так і з картера (біля 20%), паливного баку (біля 10%) та карбюратора (біля 10%); тверді домішки потрапляють в основному з вихлопними газами (90%) та з картера (10%).

Найбільша кількість забруднюючих речовин викидається, коли автомобіль набирає швидкість, особливо при швидкому, а також повільному рухові (що з діапазону найбільш економічних). Відносна доля (від загальної маси викидів) вуглеводнів та оксиду вуглецю найбільш висока при гальмуванні та при холостому ході, доля оксидів азоту - при розгоні. З цих даних випливає, що автомобілі особливо сильно забруднюють оточуюче середовище при частих зупинках та при рухові з малою швидкістю.

Системи руху, що створюються в містах в режимі "зеленої хвилі", суттєво скорочують число зупинок транспорту на перехрестях і призвані скоротити забруднення атмосферного повітря в містах. Більший вплив на якість та кількість викидів домішок дає режим роботи двигуна, в тому числі співвідношення між масами палива та повітря, кількість палива, відношення камери згорання до її об'єму та інше. При збільшення співвідношення між масами палива та повітря, що потрапляють в камеру згорання, скорочуються викиди оксиду вуглецю та вуглеводнів, але зростає викид оксидів азоту.

Не дивлячись на те, що дизельні двигуни більш економічні, таких речовин як CO, HnCm, NOx, викидають не більше ніж бензинові, вони суттєво більше викидають диму (переважно незгорілого вуглецю), який до того ж має неприємний запах, який створюється деякими вуглеводнями. В поєднанні ж із створюваним шумом дизельні двигуни не лише сильніше забруднюють атмосферу, але і діють на здоров'я людини в надто більшій мірі, ніж бензинові.

3.4.2 Літаки

Однак серйозним джерелом забруднення є літаки. Один літак при перельоті на віддаль 1000 км використовує стільки ж кисню, скільки необхідно одній людині протягом року, виділяючи при цьому велику кількість вуглекислого газу. Реактивний лайнер, який летить з Америки до Європи, за 8 годин використовує 35 тон кисню. Таку кількість кисню може виробити за 8 годин 25 тисяч гектарів лісу. "Літаки, які летять на великій висоті, викидають оксид азоту безпосередньо у нижні шари стратосфери, де вони вступають у реакцію, яка веде до порушення озонового екрану планети. Молекули хлорфторвуглеводів, період існування яких в межах 75-111 років, потрапляють в атмосферу і через 6-8 років досягають озонового поясу (висота 15-25 км), в процесі фотохімічних реакцій руйнують молекули озону. Як наслідок - вміст озону в середньому зменшився на 1,7-3,1%. Найбільше руйнування озонового шару відбулося над Антарктидою та в районах, що прилягають до неї, -- 4,3-10,6%. Тут утворилася озонова дірка за розмірами США. Озоновий шар захищає Землю від опромінення Сонцем, і зменшення озонового шару на один відсоток призводить до росту небезпечних захворювань, таких як рак шкіри, на 5-6%.

Хоча сумарний викид забруднюючих речовин двигунами літаків порівняно невеликий (для міста, країни), в районі аеропортів ці викиди роблять вклад в забруднення середовища. До того ж турбореактивні двигуни (такі ж як дизельні) при посадці та зльоті викидають добре помітний оку шлейф диму. Значну кількість домішок в аеропорту також викидають наземні рухові засоби, під'їжджаючи та від'їжджаючи автомобілі.

Відповідно до отриманих оцінок, в середньому біля 42% загальних витрат палива йде на вирулювання літака до злітно-посадочної смуги (ВІШ) перед зльотом та на зарулювання з ВГШ після посадки (в середньому 22 хв.). При цьому доля незгорілого та викинутого в атмосферу палива при рулюванні набагато більша, ніж в польоті. Крім того, покращення роботи двигунів (розпилювання палива, збагачення суміші в зоні горіння, використання присадок до палива, вприскування води та інше), суттєвого зменшення викидів можна добитись шляхом скорочення часу роботи двигунів на землі та числа працюючих двигунів при рулюванні (лише за рахунок останнього досягається зниження викидів в 3-8 разів).

В останні 10-15 років велика увага приділяється дослідженню тих ефектів, які можуть виникнути в зв'язку з польотами надзвукових літаків та космічних кораблів. Ці польоти супроводжуються забрудненням стратосфери оксидами азоту та сірчаною кислотою (надзвукові літаки), а також частинками оксиду алюмінію (транспортні космічні кораблі). Оскільки ці забруднення знищують озон, то спочатку склалась думка (підкріплена відповідними модельними розрахунками), що приріст кількості польотів надзвукових літаків та транспортних космічних літаків, який планується, приведе до суттєвого зменшення вмісту озону з усіма наслідковими згубними діями ультрафіолетової радіації на біосферу Землі.

Однак більш глибокий підхід до цієї проблеми дозволив зробити висновок про слабкий вплив викидів надзвукових літаків на стан стратосфери. Так, при сучасному числі надзвукових літаків та викидів забруднюючих речовин, на висоті біля 16 км відносне зменшення вмісту озону може складати 0,6%, якщо їх кількість зросте до 200 та висота польоту буде близька до 20 км, то відносне зменшення вмісту озону може піднятись до 17%. Глобальна приземна температура повітря за рахунок парникового ефекту, що створюється викидами надзвукових літаків може підвищитись більш як на 0,7 °С.

Більш сильний вплив на озонний шар та глобальну температуру повітря можуть надати хлорфторметани (ХФМ), фреон - 1 та фреон -12 - гази, що утворюються при випаровування аерозольних препаратів, які використовуються (переважно жінками) для фарбування волосся. Оскільки ХФМ дуже інертні, то вони розповсюджуються та довго живуть не тільки в тропосфері, але і в стратосфері. Маючи достатньо сильні полюси поглинання у вікні прозорості атмосфери (8-12 мкм), фреони підсилюють парниковий

ефект. В останні десятиліття намітились темпи розвитку виробництва фреонів, які можуть призвести до збільшення вмісту фреону - 11 та фреону - 12 в 2030 р. до 0,8 та 2,3 млрд. (при сучасних значеннях 0,1 та ОД млрд.). Під впливом такої кількості фреонів загальний вміст озону в атмосфері зменшиться на 18%, а в нижній стратосфері навіть на 40%; глобальна приземна температура повітря зросте на 0,12-0,21 °С.

Як висновок, можна відмітити, що всі ці антропогенні ефекти перекриваються в глобальному масштабі природними факторами, наприклад, забруднення атмосфери вулканічними виверженнями.