Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Атмосфера - внешняя газовая оболочка Земли, механическая смесь разных газов, водяных паров и твердых (аэрозольных) частиц.

Атмосферный воздух необходим для дыхания живых организмов (существ), используется в технологических процессах горения и плавки как сырье для получения кислорода, азота, инертных газов, оксида углерода. Атмосфера является средой для размещения газообразных отходов производства. Под действием атмосферных осадков, солнечной радиации и в результате леса воздушных масс атмосферный воздух избавляется от посторонних примесей. Этот процесс называется самоочищением атмосферы.

Атмосфера выполняет следующие функции:

1. содержит кислород, необходимый для дыхания живых организмов;

2. является источником углекислого газа для фотосинтеза растений;

3. защищает живые организмы от космических излучений;

4. сохраняет тепло Земли и регулирует климат;

5. трансформирует газообразные продукты обмена веществ;

6. переносит водяные пары по планете;

7. является средой обитания летающих форм организмов;

8. служит источником химического сырья и энергии;

9. принимает и трансформирует газообразные и пылевидные отходы.

1. Общие сведения

Состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, поддерживаемого такими климатическими факторами, как перемещение воздушных масс (ветер и конвекция) и атмосферные осадки, жизнедеятельность животного и растительного миров, особенно лесов и планктона мирового океана, а также в результате космических процессов, геохимических явлений хозяйственной деятельности человека.

Общая масса атмосферы составляет 5,14-10¹⁵ т. Около 50% массы атмосферы приходится на нижний слой толщиной около 5 км. Масса слоя толщиной 30 км составляет 99% всей массы атмосферы.

Верхняя граница атмосферы четко не выделяется. Она переходит постепенно в космическое пространство.

Осредненная температура атмосферы на средних широтах уменьшается линейно с высотой до отметки 11 км. При этом средняя температура уровне моря принимается равной 288 К, а на высоте 11 км - 216,7 К.

Различия в нагревании воздуха приводят к горизонтальным градиентам давления, которые, в свою очередь, являются причиною конвекций горизонтальных перемещений воздушных масс.

На перемещение воздушных масс воздействует также сила Кориолиса, возникающая в следствии вращения Земли; центробежное ускорение, возникающее районах, прилегающих к областям высокого и низкого давления; силы трения, замедляющие движение воздуха вблизи земной поверхности. В северном полушарии движение воздушных потоков вокруг центров высокого давления осуществляется по часовой стрелке с отклонением наружу и вниз от кругового движения. Этот поток получил название нисходящего и является одним из возможных препятствий для рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере.

При движении воздушных потоков вокруг центров низкого давления вектор скорости направлен внутрь и вверх от кругового движения против часовой стрелки. В этом случае загрязняющие вещества из нижних слоев атмосферы переносятся вверх и рассеиваются в больших объемах воздуха.

При движении воздуха в северном полушарии против часовой стрелки вокруг центра низкого давления формируется циклон, при движении в направлении часовой стрелки вокруг центра низкого давления формируется антициклон.

загрязнение атмосфера биомониторинг воздух

2. Классификация источников загрязнения

Загрязнение атмосферы - изменение состава атмосферы в результате попадания в нее примесей.

Примесь в атмосфере - это рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе.

Загрязняющее воздух вещество - это примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье населения.

Поскольку примеси в атмосфере могут претерпевать различные превращения, их можно условно разделить на первичные и вторичные.

Первичная примесь в атмосфере - примесь, сохранившая за рассматриваемый интервал времени свои физические и химические свойства.

Превращения примесей в атмосфере - процесс, при котором примеси в атмосфере подвергаются физическим и химическим изменениям под влиянием природных и антропогенных факторов, а также в результате взаимодействия между собой.

Вторичная примесь в атмосфере - это примесь в атмосфере, образовавшаяся в результате превращения первичных примесей.

По воздействию на организм человека загрязнение атмосферы подразделяют на физическое и химическое. К физическому относят: радиоактивное излучение, тепловое воздействие, шум, низкочастотные вибрации, электромагнитные поля. К химическому - наличие химических веществ и их соединений.

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ характеризуются по 4 признакам: по агрегатному состоянию, химическому составу, размеру частиц и массовому расходу выброшенного вещества.

Загрязняющие вещества выбрасываются в атмосферу в виде смеси пыли, дыма, тумана, пара и газообразных веществ.

Источники выбросов в атмосферу подразделяют на естественные, обусловленные природными процессами, и антропогенные (техногенные), являющиеся результатом деятельности человека.

К числу естественных источников загрязнения атмосферного воздуха относят пыльные бури, массивы зеленых насаждений в период цветения, степные и лесные пожары, извержения вулканов. Примеси, выделяемые естественными источниками:

пыль растительного, вулканического, космического происхождения, продукты эрозии почвы, частицы морской соли;

туманы, дым и газы от лесных и степных пожаров;

Естественные источники обычно бывают площадными (распределенными) и действуют сравнительно кратковременно. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

Антропогенные (техногенные) источники загрязнения атмосферного воздуха, представленные главным образом выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, отличаются многочисленностью видов.



Рис. 1. Источники загрязнения атмосферы:

1 - высокая дымовая труба; 2 - низкая дымовая труба; 3 - аэрационный фонарь цеха; 4 - испарения с поверхности бассейна; 5 - утечки через неплотности оборудования; 6 - пыление при разгрузке сыпучих материалов; 7 - выхлопная труба автомобиля; 8 - направление движения потоков воздуха.

Источники выбросов промышленных предприятий бывают стационарными (источники 1-6), когда координата источника выброса не изменяется во времени, и передвижными (нестационарными) (источник 7 - автотранспорт).

Источники выбросов в атмосферу подразделяют на: точечные, линейные и площадные.

Каждый из них может быть затененный и незатененный.

Точечные источники (на рис. 1 - 1, 2, 5, 7) - это загрязнения, сосредоточенные в одном месте. К ним относятся дымовые трубы, вентиляционные шахты, крышные вентиляторы.

Линейные источники (3) имеют значительную протяженность. Это аэрационные фонари, ряды открытых окон, близко расположенные крышные вентиляторы. К ним могут быть также отнесены автотрассы.

Площадные источники (4, 6). Здесь удаляемые загрязнения рассредоточены по плоскости промышленной площадки предприятия. К площадным источникам относятся места складирования производственных и бытовых отходов, автостоянки, склады горюче-смазочных материалов.

Незатененные (1), или высокие, источники расположены в недеформированном потоке ветра. Это дымовые трубы и другие источники, выбрасывающие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 высоты расположенных по близости зданий и других препятствий.

Затененные источники (2-7) расположены в зоне подпора или аэродинамической тени здания или другого препятствия.

Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу подразделяют на организованные и неорганизованные.

Из организованного источника (1, 2, 7) загрязняющие вещества поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды трубы.

Неорганизованный источник выделения загрязняющих веществ (5, 6) образуется в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу пыли и газов, в места загрузки, выгрузки или хранения продукта. К неорганизованным источникам относят автостоянки, склады горюче-смазочных или сыпучих материалов другие площадные источники.

3. Нормирование качества атмосферного воздуха

Для количественной оценки содержания примеси в атмосфере используется понятие концентрации - количества вещества, содержащегося в единице объема воздуха, приведенного к нормальным условиям.

Качество атмосферного воздуха - это совокупность его свойств, определяющая степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферного воздуха может считаться удовлетворительным, если содержание примесей в нем не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК). ПДК - это максимально концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении все жизни человека не оказывает на него и на окружающую среду в целом прямого или косвенного воздействия, включая отдаленные последствия. Под прямым воздействием понимается нанесение организму человека временного раздражающего действия, вызывающего ощущение запаха, кашель, головную боль. При накоплении в организме вредных веществ выше определенной доз могут возникать патологические изменения отдельных органов или организма в целом. Под косвенным воздействием понимаются такие изменения в окружающей среде, которые, не оказывая вредного влияния на живые организмы, ухудшают, обычные условия обитания: поражаются зеленые насаждения, увеличивают число туманных дней и т.д.

Основным критерием установления нормативов ПДК для оценки качества атмосферного воздуха является воздействие содержащихся в воздухе загрязняющих примесей на организм человека.

Для оценки качества атмосферного воздуха установлены две категории ПДК: максимально разовая (ПДК_мр) и среднесуточная (ПДК_СС).

ПДК_Мр - основная характеристика опасности вредного вещества. Установлена для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, световой чувствительности, биоэлектрической активности головного мозга) при кратковременном воздействии атмосферных примесей. По этому нормативу оцениваются вещества, обладающие запахом или воздействующие на другие органы чувств человека.

ПДК_СС - установлена для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого влияния вещества на организм человека. Вещества, оцениваемые по этому нормативу, обладают способностью временно или постоянно накапливаться в организме человека.

ПДК наиболее распространенных загрязняющих веществ приведены в табл. 4.3.

Таблица 1. ПДК наиболее распространенных веществ

Наименование загрязняющего ввещества	ПДК м р, мг/м3	ПДК сс, мг/м3
Азота диоксид	0,085	0,04
Азота оксид	0,4	0,06
Ангидрид серный	0,5	0,05
Аммиак	0,2	0,04
Бенз(а) пирен	-	0,1 мкг/100м3
Взвешенные вещества	0,5	0,15
Ртуть металлическая	-	0,0003
Свинец и его соединения	-	0,0003
Углерода оксид	5	3
Угольная зола ТЭС	0,05	0,02
Формальдегид	0,35	0,003
Хлор	0,1	0,03

Перечень веществ, содержание которых в атмосферном воздухе нормируется, постоянно пополняется. Установлены временные нормативы ПДК загрязняющих веществ в воздухе для древесной растительности (ПДК_Л)

Таблица 2. Нормативы ПДК _л, мг/м³

Наименование примесей в атмосферном воздухе	ПДКлмг	ПДК л с.с.
Азота оксид (в пересчете на NO2)	0,04	0,02
Аммиак	0,1	0,04
Бензол	0,1	0,05
Метанол	0,2	0,1
Пары серной кислоты (H2S04)	0,1	0,03
Сернистый ангидрид	0,3	0,02
Сероводород	0,008	0,008
Твердые частицы (пыль)	0,2	0,05
Циклогексан	0,2	0,2
Формальдегид	0,2	0,003
Фтористые соединения (в пересчете на фтор)	0,02	0,005

Если вещество оказывает на окружающую природную среду вредное воздействие в меньших концентрациях, чем на человека, то при нормировании ходят из порога действия этого вещества на окружающую природу. Воздействие веществ, для которых не установлены ПДК, оценивается по ориентировочному безопасному уровню воздействия загрязняющего атмосферу вещества (ОБУВ). ОБУВ - временный гигиенический норматив для загрязняющего атмосферу вещества, устанавливаемый расчетным методом для лей проектирования промышленных объектов.

Нормативы ПДК для атмосферного воздуха являются едиными для всей территории Украины. Установленные в других странах ПДК могут отличаться в большую или меньшую сторону. Например, в США установлена ПДК для SO₂ - 0,75 мг/м³, а в Украине - 0,5 мг/м³. Для зон санитарной охраны, курортов, мест размещения крупных санаториев и домов отдыха, а также зон отдыха городов ПДК установлена на 20% меньше, чем для жилых районов.

Некоторые вещества при одновременном присутствии в атмосфере воздухе обладают однонаправленным действием, т.е. эффектом суммации этом случае при оценке качества атмосферного воздуха должно выполняться следующее условие:

где Ср С₂,…, С_п - концентрация каждого из веществ, обладающих эффектом суммации, мг/м³;

ПДК, ПДК,…, ПДК» - предельно допустимые концентрации этих веществ Перечень веществ, обладающих эффектом суммации, постоянно дополняется и на сегодняшний день насчитывает 51 группу веществ однонаправленого действия.

Для каждого проектируемого и действующего объекта, являющегося стационарным источником загрязнения воздушного бассейна, устанавливают нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферный воздух. ПДВ устанавливают из условия, что выбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками не создают приземную концентрацию, превышающую ПДК за пределами санитарно-защитной зоны:

где С - концентрация вещества в приземном слое от расчетного источника при сохранении норматива ПДВ, С_ф - фоновая концентрация этого же вещества.

Если на данном предприятии или группе предприятий, расположенных в одном районе, значения ПДВ по объективным причинам не могут быть немедленно достигнуты, устанавливают временно согласованный выброс (ВСВ). Норматив ВСВ устанавливают на период разработки и реализации воздухо-охранных мероприятий, обеспечивающих достижение нормативов ПДВ. Срок действия норматива ПДВ, как правило, не превышает 5 лет. При появлении новых производств, реконструкции действующих, изменении технологического процесса или вида используемого сырья и в других аналогичных случаях нормативы ПДВ подлежат пересмотру.

Для каждого города на основании нормативов ПДВ предприятий и фонового состава атмосферного воздуха разрабатывают общегородские нормативы ПДВ, в соответствии с которыми индивидуальные ПДВ предприятий могут быть пересмотрены в сторону уменьшения.

4. Характеристика загрязняющих атмосферу веществ

Наиболее распространенными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферный воздух от техногенных источников, являются: оксид углерода СО; диоксид серы SO₂; оксиды азота NO_x; углеводорода C_mH_n; пыль.

Оксид углерода (СО) - самая распространенная и наиболее значительная примесь атмосферы, называемая в быту угарным газом. Содержание СО в естественных условиях от 0,01 до 0,2 мг/м³. Основная масса выбросов СО образуется в процессе сжигания органического топлива, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания. Содержание СО в воздухе крупных городе колеблется в пределах 1 - 250 мг/м³, при среднем значении 20 мг/м³. Наиболее высокая концентрация СО наблюдается на улицах и площадях городов с интенсивным движением, особенно у перекрестков. Высокая концентрация СО в воздухе приводит к физиологическим изменениям в организма человека, а концентрация более 750 мг/м³ - к смерти. СО - исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином крови, образует карбоксигемоглобин. Состояние организма при дыхании воздухом, содержащим угарный газ, характеризуется данными в табл.

Содержание карбоксигемоглобина, %	Симптомы
0.4-2	Ухудшение остроты зрения и способности оценивать длительность интервала времени
2-5	Нарушение психомоторных функций головного мозга
5-10	Изменение деятельности сердца и легких
10-80	Головные боли, сонливость, спазмы, нарушение дыхания, смертельные исходы

Степень воздействия СО на организм человека зависит также от длительности воздействия (экспозиции) и вида деятельности человека. Например, при содержании СО в воздухе 10-50 мг/м³, которое наблюдается на перекрестках улиц больших городов, при экспозиции ~ 60 мин отмечаются нарушения, приведенные в п. 1, а при экспозиции от 12 часов до 6 недель - в п. 2. При тяжелой физической работе отравление наступает в 2-3 раза быстрее. Образование карбоксигемоглобина - процесс обратимый, через 3-4 ч содержание его в крови уменьшается в 2 раза. Время пребывания СО в атмосфере составляет 2-4 месяца.

Диоксид серы (SO₂) - бесцветный газ с острым запахом. На его долю приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих в атмосферу от антропогенных источников. До 70% выбросов SO₂ образуется при сжигании угля, мазута - порядка 15%.

При концентрации диоксида серы 20-30 мг/м³ раздражается слизистая оболочка рта и глаз, во рту возникает неприятный привкус. Весьма чувствительны к SO₂ хвойные леса. При концентрации SO₂ в воздухе 0,23-0,32 мг/м³ в результате нарушения фотосинтеза происходит усыхание хвои в течение 2- 3 лет. Аналогичные изменения у лиственных деревьев происходят при концентрациях SO₂ 0,5-1 мг/м³.

Основной техногенный источник выбросов углеводородов (C_mH_n - пары бензина, метан, пентан, гексан) - автотранспорт. Его удельный вес составляет более 50% от общего объема выбросов. При неполном сгорании топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих канцерогенными свойствами. Особенно много канцерогенных веществ содержится в саже, выбрасываемой дизельными двигателями. Из углеводородов в атмосферном воздухе наиболее часто встречается метан, что является следствием его низкой реакционной способности. Углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают головную боль, головокружение. При вдыхании в течение 8 часов паров бензина с концентрацией более 600 мг/м³ возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.

Оксиды азота (NO_X) образуются в процессе горения при высоких температурах путем окисления части азота, находящегося в атмосфере. Под общей формулой NO_X обычно подразумевают сумму NOи NO_2.

Основные источники выбросов NO_x: двигатели внутреннего сгорания, топки промышленных котлов, печи.

NO₂ - газ желтого цвета, придающий воздуху в городах коричневатый оттенок. Отравляющее действие NO_x начинается с легкого кашля. При повышении концентрации кашель усиливается, начинается головная боль, возникает рвота. При контакте NO_x с водяным паром, поверхностью слизнете оболочки образуются кислоты HNO₃ и HNO₂, что может привести к отеку легких. Продолжительность нахождения NO₂ в атмосфере - около 3 суток

Размер пылинок колеблется от сотых долей до нескольких десятков мкм Средний размер частиц пыли в атмосферном воздухе - 7-8 мкм. Пыль оказывает вредное воздействие на человека, растительный и животный мир, поглощает солнечную радиацию и тем самым влияет на термический режим атмосферы и земной поверхности. Частицы пыли служат ядрами конденсации при образовании облаков и туманов. Основные источники образования пыли: производство строительных материалов, черная и цветная металлургия (оксиды железа, частицы А1, Си, Zn), автотранспорт, пылящие и тлеющие места складирования бытовых и производственных отходов. Основная масса пыли вымывается из атмосферы осадками.

Выбросы, содержащие примеси в виде частиц пыли, дыма, тумана или пара, называются аэрозолями. Общее число разновидностей загрязняющих атмосферу аэрозолей составляет несколько сотен. [1]

5. Мониторинг состава атмосферы

Мониторинг состава атмосферы и прогнозирование его изменений являются одним из важнейших условий устойчивого развития страны. Мониторинг дает необходимую информацию как для решения фундаментальных научных проблем, связанных с изучением и прогнозированием глобальных изменений среды обитания человека и климата Земли, так и для выработки эффективной экологической политики, в частности, в области принятия и исполнения Международных соглашений: Монреальского и Киотского протоколов, Конвенций о трансграничном переносе загрязнений, об устойчивых органических загрязнениях и целом ряде других. Учитывая, что природно-экологические условия России, их разнообразие являются важнейшим ресурсом в сфере регулирования глобального баланса парниковых газов и многих загрязняющих примесей, такая информация может стать основанием для получения страной компенсации за ущерб, наносимый поступающими на ее территорию загрязнениями.

Основная цель создаваемой Российской системы мониторинга состава атмосферы (РСМСА) заключается в проведении комплексных наблюдений содержания в атмосферном воздухе газовых и аэрозольных примесей, радиационных и термодинамических параметров для обнаружения изменений состояния атмосферы и прогнозирования возможных последствий.

РСМСА дополнит систему глобального мониторинга состава атмосферы (GAW), действующую под эгидой ВМО и испытывающую крайнюю необходимость в создании сети станций на севере Евразии. Структура РСМСА повторяет в основном структуру GAW. На территории России создаются две обсерватории (глобальные станции) - на Северном Кавказе и в центре Сибири, и около десятка региональных станций. Особенностью РСМСА является включение в эту систему Передвижной железнодорожной обсерватории, способной вести измерения всех ключевых примесей и параметров на большей части территории России и в соседних странах.

В состав сети входят две стационарных обсерватории, глобальные станции, одна передвижная обсерватория, 10-11 региональных станций и корреспондентские станции (рис. 1). В число последних включаются все наблюдательные станции или наблюдательные пункты, которые ведут измерения в рамках международных, национальных, областных и отраслевых экологических программ хотя бы одного необходимого для контроля состава атмосферы параметра.



Такое относительно небольшое количество станций при оптимальном их размещении способно давать необходимую информацию о составе атмосферы над всей территорией страны, антропогенных и природных эмиссиях ключевых примесей, процессах регионального и дальнего переноса загрязняющих веществ, включая перенос через российскую границу, а также давать независимую оценку состояния глобальной атмосферы.

Согласно рекомендациям ВМО и предложениям многочисленных экспертных групп, одна из обсерваторий должна располагаться в центре Сибири в зоне бореальных лесов на значительном удалении от промышленных объектов. При наличии высотной мачты (250-300 м) такая обсерватория способна давать информацию, репрезентативную для значительной части всего Сибирского региона.

Вторая обсерватория должна располагаться в высокогорной незагрязненной местности. Таким местом может быть Северный Кавказ. Ее отличительная особенность - способность контролировать состав свободной атмосферы, вынос загрязнений вверх за пределы загрязненного пограничного слоя и давать оценку изменениям состава глобальной атмосферы под воздействием человеческой деятельности.

Сеть региональных станций должна охватывать все эколого-климатические области России. В пределах каждой из этих областей воздушную среду можно, в первом приближении, рассматривать как единую фотохимическую систему. Т.е. достаточно иметь одну станцию высокого уровня, ведущую комплексные измерения, и несколько наблюдательных пунктов, чтобы, используя современные численные модели атмосферы, следить за состоянием воздушной среды в масштабе региона и прогнозировать ее изменения.

Передвижная обсерватория на базе двух специализированных железнодорожных вагонов объединяет все станции в единую сеть и сводит отдельные фрагменты химического состояния атмосферы в единую картину. Также она обеспечивает калибровку сетевых приборов, валидацию спутниковых данных и выполняет многие другие функции, в том числе обычной стационарной станции или обсерватории. В дополнение к перечисленным выше задачам мониторинга она может выявлять природные и техногенные экстремальные ситуации и прослеживать их развитие. Передвижная обсерватория действует на сети железных дорог России и стран СНГ. Предполагается, что обсерватория будет направляться и в другие страны, с целью уточнения источников примесей, фотохимических и динамических процессов, действующих на континенте.

Другой составной частью Российской системы мониторинга состава атмосферы являются космические средства наблюдений. Поскольку наиболее приоритетным направлением атмосферного мониторинга является контроль ее химического состава и возможных его изменений над территорией России, а не в глобальном масштабе, то в ближайшие годы работа космической системы должна проходить в основном в рамках двустороннего и многостороннего Международного сотрудничества в области космических исследований с активным использованием зарубежных спутников и систем наблюдения состава атмосферы. Благодаря разработанным в России методам и алгоритмам дистанционного зондирования, наличию уникальных технических разработок участие российских специалистов в уже действующих и планируемых международных космических проектах может быть полноценным и эффективным. Это позволяет в ближайшие годы сосредоточить огромные средства на развертывании наземной сети станций.

Передвижная обсерватория мониторинга природной среды

В 2003 году по техническому заданию разработанному Институтом физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и ВНИИ железнодорожного транспорта МПС на Торжокском вагоностроительном заводе изготовлена передвижная обсерватория для наблюдения состава атмосферы и загрязнения природной среды.

Состав из 2-ух специализированных вагонов:

1 - вагон-лаборатория для наблюдений состава атмосферы в непрерывном режиме;

2 - химическая лаборатория.

Основные задачи:

Обсерватория решает широкий круг научных задач, связанных с изучением атмосферы, состояния экосистем и климата Земли, и дает необходимую информацию для прогнозирования их изменений под воздействием человеческой деятельности.

· В рамках Киотского протокола, Монреальского протокола и других международных соглашений ведет контроль исполнения принятых решений по ограничению выбросов в атмосферу парниковых, озоноразрушающих, токсичных и других веществ.

· Ведет калибровку национальных сетей и космических средств наблюдений атмосферы, связывая их в единую систему климатического мониторинга в Евразии.

· Проводит оценку региональных и местных загрязнений атмосферного воздуха и природной среды в интересах отдельных регионов, отраслей народного хозяйства и промышленных предприятий.

· Выполняет роль арбитра в экологических спорах, в том числе, международных.

· Контролирует возникновение и развитие экстремальных ситуаций природного и техногенного происхождения.

· Служит научно-производственной базой для обучения студентов российских и зарубежных учебных заведений в области наук о Земле и экологии.

Области применения:

· Контроль исполнения Международных экологических соглашений (Киотский и Монреальский протоколы, конвенции о трансграничном переносе загрязнении, ограничении производства устойчивых органических соединений и др.);

· Калибровка наземных наблюдательных сетей, валидация данных космического мониторинга природной среды;

· Выявление и прослеживание экстремальных ситуации и техногенных воздействии на окружающую среду;

· Решение фундаментальных научных проблем, связанных с глобальными изменениями природной среды и климата Земли;

· Контроль загрязнения полосы отвода железнодорожного транспорта;

· Оценка влияния работы железнодорожного транспорта на экологическое состояние окружающей территории.

Передвижная обсерватория ТРОИКА состоит из двух специализированных железнодорожных вагонов: непосредственно вагона-обсерватории и химической лаборатории.

Вагон-обсерватория ведет все те измерения и отбор проб, которые включены в систему GAW. В химической лаборатории проводится анализ проб воздуха и аэрозолей, а также воды, почвы и растений на химический, элементный и биологический состав. Обсерватория оборудована высокоточной навигационной системой GPS, автоматизированной системой сбора, обработки и передачи данных измерений, видео- и аудиоинформации через спутник. Кроме научного оборудования каждый из вагонов имеет два купе для операторов, кухню, душ, биотуалет, систему отопления и кондиционирования воздуха, комбинированную систему энергообеспечения с высокой полезной нагрузкой (20 кВт - в вагоне-обсерватории).

В состав химической лаборатории входит автомобиль-лаборатория для проведения специальных измерений и отбора проб на местности. Оба вагона могут работать вместе или раздельно в зависимости от научной программы.

Измерительный комплекс:

1. Непрерывные измерения концентраци и газов (O3, NO, NO2, СО, СO2, SO2, СН4, неметановые углеводороды) - газоанализаторы, газовые хромотографы.

2. Непрерывные измерения концентрации и микрофизических свойств аэрозолей - счетчики, нефелометры, аэтолометры.

3. Дистанционное зондирование содержания О3, NO2, СО, СН4 и аэрозолей в атмосфере - спектрофотометры, радиометр, поляризационный фотометр.

4. Отбор и анализ воздуха и аэрозолей на элементный, химический и изотопный состав - пробоотборники разных типов, рентгеновский спектрометр, газовые хромотографы.

5. Измерения солнечной радиации, термодинамических и метеорологических параметров - измерители интегральной и УФ радиации, измерители скоростей фотодиссоциации О3 и NO2, измеритель профиля температуры в слое 0-1200 м, акустоанемометр, метеоприборы.

6. Регистрация данных и их передача по телекоммуникационным каналам - GРS, телефон, сервер, персональные компьютеры.

7. Вспомогательное оборудование.

Характерные особенности и достоинства:

1. Использование сетевых приборов и международных калибровочных средств. Соответственно, высокое качество данных и привязка их к мировой сети мониторинга атмосферы.

2. Широкий диапазон измерений содержания примесей от низких фоновых значений до очень высоких концентраций вблизи источников.

3. Автоматизация измерений и передача основных результатов в Центр данных (г. Москва) в реальном времени.

4. Оптимальный набор измеряемых параметров позволяет контролировать текущее фотохимическое состояние атмосферы и прогнозировать его изменения, что важно в экстремальных экологических ситуациях.

6. Биомониторинг загрязняющих веществ

Биомониторинг двуокиси серы

Двуокись серы (SO₂) - широко известное загрязняющее воздух вещество, фитотоксичность которого в течение многих лет является объектом изучения. S0₂ выбрасывается в воздух тепловыми электростанциями (особенно работающими на угле) и рядом промышленных производств. Ее концентрация в воздухе достаточно высокая вблизи источника выброса, однако в удалением от источника в результате рассеивания, она постепенно снижается.

Накоплена достаточная информация о повреждении листьев в результате воздействия S0₂, которая попадает в них через устьица, окисляется до высокотоксичного соединения - сульфита (S0₃), а затем медленно превращается а сульфат (S0₄) - значительно менее токсичное соединение. При низкой концентрации S0₂ в воздухе происходит практически полное окисление S0₃ до S0₄, в результате возникает повреждение растения. Концентрация S0₄ в растениях можетдостигать фитотоксичеких уровней при продолжительной экспозиции. По содержанию серы в листьях можно определить уровень накопления серы в тканях растения.

В результате острого воздействия S0₂ на широколиственные растения их листья обесцвечиваются между жилками (бурый или белый цвет) или по краям, на некоторых листьях наблюдается эффект «елочки». Такое обесцвечивание бывает бифациальным и начинается с возникновения водянистых темных участков на молодых растущих листьях

Признаком хронического воздействия или поражения S0₂ является хлороз или обесцвечивание листьев с изменением их окраски до красно-бурого цвета, у хвойных растений - покраснение хвоинок от кончика к основанию.

Аммиак

В атмосферу аммиак (NH₃) попадает в результате аварий на производстве и при транспортировке или выходе из строя магистральных трубопроводов. Растения, находящиеся вблизи места аварии, испытывают острое воздействие. Как и в случае воздействия N0_х. поражение растений происходит только при высокой концентрации NH₃.

Действие NH₃ на растения мало изучено. Наиболее чувствительны к действию NH₃ листья среднего возраста. Они могут стать тускло-зелеными, а затем бурыми или черными. Возможно увеличение рН листа, приводящее к изменению его окраски. При воздействии низкой концентрацией NH₃ на нижней стороне листьев. появляется глянцевитость или серебристость, что можно ошибочно принять за повреждение растений ПАН. Замечено, что у яблонь NH₃ может вызывать изменение окраски от пурпурной до черной на участках вокруг чечевичек.

Бор

Было определено содержание бора в выбросах предприятий по производству стекловолокна, печей и рефрижераторов в провинции Онтарио, Канада. У растений, находящихся вблизи источника выбрасов, наблюдался краевой и междужилковый некроз листьев, а также пятнистость. Листья приобретали чашевидную форму и деформировались. Наиболее сильно пострадали старые листья. Острое поражение растительности отмечалось на расстоянии 200 м от источника, и значительно ослабевало на расстоянии 500 м.

Хлористый водород и соляная кислота.

Хлористый водород очень гигроскопичный газ, который может превращаться в атмосфере в аэрозольные капли соляной кислоты.

Типичной реакцией на воздействие является краевой и междужилковый некроз, затем наступает некроз, проявляющийся в изменении окраски от желтого, бурого, красного до черного. Границы некрозированых участков могут быть от белого до кремового цвета. Признаки поражения листьев томата напоминают признаки поражения, вызванного ПАН.

К признакам повреждения растений аэрозолем соляной кислоты можно отнести крапинки или точки от красно-коричневого до черного цвета, а соляной кислотой - листовую пятнистость, пораженная площадь окаймляется полосой белого или кремоватого цвета (происходит отмирание ткани в центрах пятен). В растениях хлориды, так же как и фториды, часто аккумулируются в верхушках листьев. Диализ поврежденных листьев позволяет установить уровень содержания в них хлоридов.

Твердые частицы и тяжелые металлы

В атмосфере содержится множество твердых частиц, постоянно осаждающихся на поверхности растений. Часть их сдувается или смывается, а часть проникает в лист через устьица или поврежденные клетки эпидермиса.

Размер этих маленьких многомолекулярных частиц исчисляется микронами и дифференцируется по величине частиц. Определить размеры частиц, как правило, трудно, поскольку они взаимодействуют друг с другом, с водой и газами, присутствующими в воздухе. Сами по себе эти частицы зачастую инертны, однако при соединении с другими веществами могут становиться фитотоксичными, HF и SO₂ представляют собой растворимые в воде газы, которые могут образовывать водяные оболочки (пленки) вокруг частиц. В результате растворения SO₂ образуются кислые частицы, вызывающие ожог листьев растений.

В ряде работ показано воздействие взвешенных в воздухе частиц на растения в естественных условиях. Частицы могут оседать на листьях, снижая уровень светопоглощения и соответственно фотосинтез, засорять устьица и повышать чувствительность растений к SO₂; они также могут негативно влиять на опыление цветков, размер и состояние листьев, состав лесных насаждений путем воздействия на рН почвы. Роль твердых частиц в воздействии загрязнения воздуха на растительность нуждается в дальнейшей разработке.

В атмосфере большинство тяжелых металлов встречается в виде твердых частиц, адсорбированных на других частицах, или в виде солей. Из атмосферы они оседают на растения или земную поверхность (почву). Существуют споры о том, поглощаются ли тяжелые металлы листьями растений или же они поглощаются корнями и откладываются в них или переносятся вверх к листьям, плодам и т.д.

К наиболее распространенным и часто встречающимся в воздухе и почве тяжелым металлам относится свинец (РЬ). Он содержится в промышленных выбросах и в красках, образуется при сгорании этилированного бензина.

Существует полемика относительно попадания РЬ в растения: поступает ли он через листья, корни или через и то и другое вместе. А также переносится ли он внутри растения и оказывает ли; неблагоприятное воздействие на него. Свинец осаждается на листьях, но его большая часть вымывается, поглощается корнями растений. Предполагают, что он локализуется в пузырьках диктиосом и откладывается в клеточной оболочке. Свинец накапливается в почве, но четких доказательств того, что он отравляет растения, произрастающие в естественных условиях, нет. Все это требует тщательных исследований.

По имеющимся данным, цинк, кадмий и медь вызывают между-жнлковый хлороз с последующим покраснением и пожелтением листьев деревьев вблизи источника в середине лета.

Ртуть (Hg) - единственный тяжелый металл, находящийся в жидком состоянии при нормальной температуре. В закрытой теплице токсичные испарения от красителей, содержащих Hg, могут оказывать негативное действие на многие растения, особенно розы. На их листьях появляются бурые пятна, листья желтеют, а затем опадают. Молодые бутоны буреют и опадают. Лепестки увядают и буреют; тычинки при этом могут погибнуть.

Сульфат натрия

Было обнаружино присутствие сульфата натрия (NazSO) в атмосфере вблизи целлюлозно-бумажных заводов в Онтарио, Канада. Они установилено замедление роста и некроз листьев у фасоли сорта «Pinto», уменьшение высоты кустов у томата сорта «Veemore», выращиваемых в теплице.

Смеси загрязняющих веществ

В окружающем растения воздухе обычно содержится несколько потенциальных фитотоксичных загрязняющих веществ. Вопрос об их взаимодействии и воздействии этой смеси на растения еще недостаточно изучен. Однако давно предполагали, что признаки воздействия загрязняющих веществ появляются вследствие действия смеси газов, а не одного вещества. В то же время смесь газов может вызывать те же повреждения растений, что и' отдельное загрязняющее вещество. Смесь газов может изменять пороговую чувствительность растения, в таком случае растение становится восприимчивым к действию одного или обоих загрязняющих веществ. Два газа в смеси могут причинить больше или меньше вреда, чем какой-либо из них в отдельности (синергизм).

Почти вся работа по изучению влияния смесей загрязняющих веществ на растения проводилась в экспериментальных условиях. Ниже приводятся некоторые примеры.

Озон и двуокись серы. Описано появление на листьях фасоли и табака некротических участков от рыжевато-бурых до белых при воздействии на них смеси О₃ и SO₂. Признаки повреждения этой смесью были сходны с признаками повреждения О₃ или SO₂, в зависимости от того, концентрация какого вещества превышала пороговую. После обобщения данных ряда работ пришли к выводу, что если концентрация смеси О₃ и SO₂ ниже пороговой для SO₂, но равна или ниже пороговой для О_з, то наблюдаются признаки повреждения листьев по типу воздействия О₃.

Озон и пероксиацетилнитрат

Исследовно влияние на сосну желтую смеси ПАН - 0₃ и изолированно ПАН и 0₃ концентрацией, вызывающей острое повреждение молодых хвоинок. Воздействие смеси ПАН - Оз вызвало меньший эффект, нежели воздействие О₃. Воздействие только ПАН повреждение растений не вызывало. Таким образом, при воздействии смесью появляется антогонистическпй эффект взаимодействия этих веществ, что приводит к ослаблению воздействия.

Двуокись серы и двуокись азота

Установили, что при воздействии смеси SO₂ и N0₂ концентрацией ниже пороговой для каждого газа, происходит повреждение верхней стороны листа у овса, фасоли «Pinto», редьки, соевых бобов, табака и томата. Нижняя поверхность листьев становится серебристой или на ней появляется красноватая пигментация, совместное действие SO₂ и N0₂ приводит к уменьшению сухой массы у четырех пастбищных трав (злаков), в то время как в результате воздействия каждого из этих веществ в отдельности снижения урожайности могло и не быть. [2]

Заключение

Первый от поверхности Земли слой атмосферы - тропосфера является неравновесной химически активной системой. В ней непрерывно идут процессы, вызывающие изменение концентрации примесей в атмосферном воздухе. Знания о механизмах и скорости процессов поступления выбросов из природных и антропогенных источников, переноса в другие сферы (воду, почву) или трансформации в атмосфере позволяют составить баланс атмосферной части глобального кругооборота веществ в природе.

Большинство газообразных примесей, выбрасываемых в атмосферу, находятся в восстановленной форме или в виде окислов с низкой степенью окисления (сероводород, метан, оксид азота). Анализ атмосферных осадков показывает, что возвращенные на поверхность земли примеси представлены в основном соединениями с высокой степенью окисления (серная кислота, сульфаты, азотная кислота, нитраты, диоксид углерода).

Таким образом, тропосфера играет роль глобального окислительного резервуара. Мониторинг

Мониторинг атмосферного воздуха - слежение за его состоянием и предупреждение о критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья людей и других живых организмов.

Для обеспечения мониторинга в развитых странах созданы автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха (АСКЗВ).

Задачи, решаемые АСКЗВ:

автоматическое наблюдение и регистрация концентраций загрязняющих веществ;

анализ полученной информации с целью определения фактического состояния загрязнения воздушного бассейна;

принятие экстренных мер по борьбе с загрязнением;

прогноз уровня загрязнения;

выработка рекомендаций для улучшения состояния окружающей среды;

уточнение и проверка расчетов рассеивания примесей.

АСКЗВ рассчитаны на измерение концентраций одного или нескольких ингредиентов из следующего ряда: SO₂; CO; NO_x; O₃; C_mH_n; H₂S; NH₃; взвешенных веществ, а также определения влажности, температуры, направления и скорости ветра.

Сейчас происходит постоянное развитие АСКЗВ путем увеличения числа стационарных станций и применения передвижных постов наблюдений. Дальнейшее совершенствование этой системы становится возможным благодаря пониманию необходимости глобального контроля над состоянием атмосферы путем объединения локальных, региональных и национальных служб наблюдения за атмосферой. [3]

Список литературы

1. Экология города. Под ред. Стольберга Ф.В.К.: 2000 г.

2. Мэннинг, Уильям Дж., Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. 1985 г.

3. Бреншнайдер Б. Охрана воздушного бассейна от загрязнении. 1989 г.

Размещено на Allbest.ru