Экология атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Газовый состав атмосферы

2. Баланс газов в атмосфере

3. Воздействие деятельности человека на газовый состав атмосферы

4. Загрязнение атмосферы

5. Последствия загрязнения и нарушения газового баланса атмосферы

6. Меры по предотвращению загрязнения и охране атмосферного воздуха

7. Правовые основы охраны атмосферы

Заключение

Литература

Введение

Атмосфера (от греч. atmos - пар и sphaira - шар) - газовая оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует атмосфера. Все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает их от пагубного воздействия космических лучей и температуры.

Атмосфера, общая масса которой составляет 5,15·10¹⁵ т, простирается вверх от поверхности Земли примерно до 3000 км. С высотой меняются химический состав и физические свойства атмосферы, и в соответствии с этим ее подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу (термосферу) и экзосферу (схема 1)

Схема 1. Строение атмосферы

Основная масса воздуха в атмосфере (до 80 %) находится в нижнем, приземном слое - тропосфере. Толщина тропосферы в среднем 11-12 км: 8 -10 км - над полюсами, 16 -18 км - над экватором. При удалении от поверхности Земли в тропосфере происходит понижение температуры на 6°С на каждый километр. На высоте 18-20 км плавное уменьшение температуры прекращается, она остается почти постоянной: -60-70°С. Этот участок атмосферы называется тропопаузой. Следующий слой - стратосфера - занимает высоту 20-50 км от земной поверхности. В ней сосредоточена остальная (20 %) часть воздуха. Здесь температура повышается при удалении от поверхности Земли на 1 - 2°С на каждый километр, и в стратопаузе на высоте 50-55 км доходит до 0°С. Далее идет слой мезопаузы, расположенный на высоте 55-80 км. При удалении от Земли температура в нем понижается на 2-3°С на 1 км, и на высоте 80 км, в мезопаузе, она достигает -75 -90 ⁰С. Слои термосфера и экзосфера, соответственно занимающие высоты 80-1000 и 1000-2000 км, представляют собой наиболее разреженные части атмосферы. Здесь встречаются лишь отдельные молекулы, атомы и ионы газов, плотность которых в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли. Следы газов обнаружены до высоты 10-20 тыс. км.

Толщина воздушной оболочки сравнительно невелика при сопоставлении с космическими расстояниями: она составляет одну четвертую часть радиуса Земли и одну десятитысячную часть расстояния от Земли до Солнца. Плотность атмосферы на уровне моря равна 0,001 г/см², т.е. в тысячу раз меньше плотности воды.

Между атмосферой, земной поверхностью и другими сферами Земли происходит постоянный обмен теплом, влагой и газами, что вместе с циркуляцией воздушных масс в атмосфере влияет на основные климатообразующие процессы. Атмосфера защищает живые организмы от мощного потока космического излучения. Ежесекундно на верхние слои атмосферы обрушивается поток космических лучей: гамма, рентгеновские, ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные. Если бы все они достигали земной поверхности, то в течение нескольких мгновений уничтожили бы все живое.

Важнейшее защитное значение имеет озоновый экран. Он расположен в стратосфере на высоте от 20 до 50 км от поверхности Земли. Общее количество озона (О₃) в атмосфере оценивается в 3,3 млрд т. Мощность этого слоя сравнительно небольшая: суммарно она составляет 2 мм на экваторе и 4 мм у полюсов при нормальных условиях. Максимальная концентрация озона - 8 частей на миллион частей воздуха - находится на высоте 20-25 км.

Основное значение озонового экрана в том, что он защищает живые организмы от жесткого ультрафиолетового излучения. Часть его энергии расходуется на реакцию: ЗО₂ - 2О₃. Озоновый экран поглощает ультрафиолетовые лучи с длиной волны около 290 нм и менее, поэтому до земной поверхности доходят ультрафиолетовые лучи, полезные для высших животных и человека и губительные для микроорганизмов.

Атмосферный воздух - это смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли. Воздух не имеет запаха, прозрачен, его плотность 1,2928 г/л, растворимость в воде 29,18 см /л, в жидком состоянии приобретает голубоватую окраску. Жизнь людей невозможна без воздуха, воды и пищи, но если без пищи человек может прожить несколько недель, без воды - несколько дней, то смерть от удушья наступает через 4-5 мин.

1. Газовый состав атмосферы

Основными составными частями атмосферы являются азот, кислород, аргон и углекислый газ. Кроме аргона в малых концентрациях содержатся другие инертные газы. В атмосферном воздухе всегда находятся пары воды (примерно 3-4%) и твердые частицы - пыль.

По газовому составу вся атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) - гомосферу, имеющую состав, сходный с приземным воздухом, и верхнюю - гетеросферу - с неоднородным химическим составом. Одним из важных компонентов атмосферы является кислород. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал. Появление и накопление его связано с распространением зеленых растений и процессом фотосинтеза. В живых организмах в результате химического взаимодействия веществ с кислородом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности.

Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с космосом, при этом Земля получает космическую пыль и метеориты и теряет самые легкие газы - водород и гелий. Атмосфера пронизана мощной солнечной радиацией, которая определяет тепловой режим планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Обширная разреженная верхняя часть атмосферы состоит преимущественно из ионов.

2. Баланс газов в атмосфере

Наибольшее значение для живых организмов имеет относительно постоянный состав атмосферного воздуха в тропосфере (см. табл. 1). Баланс газов в атмосфере поддерживается за счет постоянно идущих процессов использования живыми организмами и поступления газов в атмосферу.

Азот выделяется при мощных геологических процессах (извержениях вулканов, землетрясениях), при разложении органических соединений. Изъятие азота из воздуха происходит за счет деятельности клубеньковых бактерий.

Как известно, атмосферный азот используется в промышленном производстве азотных удобрений. Однако из-за огромного общего количества азота в атмосфере проблема его баланса не столь серьезна, как баланс кислорода и диоксида углерода. Около 3,5-4 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере было в 1000 раз меньше, чем сейчас, так как не было основных его продуцентов - зеленых растений. Жизнедеятельность живых организмов поддерживает современное соотношение кислорода и диоксида углерода. В результате фотосинтеза зеленые растения потребляют диоксид углерода и выделяют кислород. Он используется для дыхания всеми живыми организмами. Естественные процессы потребления СО₂ и О₂ и их поступление в атмосферу хорошо сбалансированы.

Увеличение использования запасов кислорода происходит одновременно с эквивалентным ростом выделения диоксида углерода в атмосферу. По данным ООН, за последние 100 лет количество СО₂ в атмосфере Земли увеличилось на 10-15 %. Если намеченная тенденция сохранится, то в 3 тысячелетии количество СО₂ в атмосфере может возрасти на 25%, т.е. с 0,0324 до 0,04% объема сухого атмосферного воздуха.

Некоторое увеличение диоксида углерода в атмосфере сказывается положительно на продуктивности сельскохозяйственных растений. Так, насыщение воздуха теплиц углекислым газом повышает урожайность выращиваемых в них овощей за счет интенсификации процесса фотосинтеза. Однако увеличение СО₂ в атмосфере приводит к возникновению сложных глобальных проблем, речь о которых пойдет в следующих разделах настоящей главы.

3. Воздействие деятельности человека на газовый состав атмосферы

Под воздействием деятельности людей происходит изменение баланса азота в атмосфере. Заметно увеличилось связывание азота при производстве азотных удобрений. Предполагают, что объем промышленной фиксации азота в ближайшее время значительно возрастет и превысит его поступление в атмосферу: согласно прогнозам производство азотных удобрений будет удваиваться каждые 6 лет, чем будут обеспечены растущие потребности сельского хозяйства. Пропорционально этому возрастает изъятие азота из атмосферы. Нерешенной остается проблема компенсации изъятия азота из воздуха.

С развитием промышленности и транспорта во все возрастающих размерах используется атмосферный кислород на процессы горения. Например, за один трансатлантический рейс современный реактивный самолет сжигает 35 т кислорода. Легковой автомобиль за 1,5 тыс. км пробега расходует суточную норму кислорода одного человека (в среднем человек потребляет в сутки 500 л О₂, пропуская через легкие 12 т воздуха). По подсчетам специалистов, на сгорание разнообразных видов топлива сейчас требуется от 10 до 25 % кислорода, производимого зелеными растениями. Уменьшается поступление кислорода в атмосферу из-за сокращения площадей лесов, саванн, степей и увеличения пустынных территорий, городов, транспортных магистралей. Сокращается число продуцентов кислорода среди водных растений из-за загрязнения рек, озер, морей и океанов. Полагают, что в ближайшие 150-180 лет количество кислорода в атмосфере сократится на треть по сравнению с современным его содержанием.

4. Загрязнение атмосферы

Источники загрязнения атмосферы могут быть естественными и искусственными. Естественными источниками загрязнения атмосферы служат извержения вулканов, лесные пожары, пыльные бури, процессы выветривания, разложение органических веществ.

К искусственным (антропогенным) источникам загрязнения атмосферы относятся промышленные и теплоэнергетические предприятия, транспорт, системы отопления жилищ, сельское хозяйство, бытовые отходы.

Естественные источники загрязнения атмосферы представляют собой такие грозные явления природы, как извержения вулканов и пыльные бури. Обычно они имеют катастрофический характер. При извержении вулканов в атмосферу выбрасывается огромное количество газов, паров воды, твердых частиц, пепла и пыли. После прекращения извержения общий баланс газов в атмосфере постепенно восстанавливается. Так, в результате извержения вулкана Кракатау в 1883 г. в атмосферу было выброшено около 150 млрд т пыли и пепла. Мелкие пылевые частицы держались в верхних слоях атмосферы в течение нескольких лет.

При извержении вулканов происходит тепловое загрязнение атмосферы, так как в воздух выбрасываются сильно нагретые вещества. Температура их, в том числе паров и газов, такова, что они сжигают все на своем пути.

Существенно загрязняют атмосферу крупные лесные пожары. Чаще всего они возникают в засушливые годы. В России наиболее опасны пожары в Сибири, на Дальнем Востоке, на Урале, в Республике Коми. В среднем за год площадь, пройденная пожарами, составляет около 700 тыс. га. В засушливые годы она может достигать 1-1,5 млн га (1915 г.). Дым от лесных пожаров распространяется на огромные площади - около 6 млн км². Памятным для жителей Подмосковья было лето 1972 г., когда воздух в течение всего лета был сизым от дыма пожаров, а видимость на дорогах не превышала 20-30 м. Горели леса и торфяники. Прямой ущерб от лесных пожаров в среднем за год составляет 200-250 млн долларов. В среднем за год сгорает и повреждается на корню до 20-25 млн м³ древесины.

Пыльные бури возникают в связи с переносом сильным ветром поднятых с земной поверхности частиц почвы. Сильные ветры - смерчи и ураганы - поднимают в воздух и крупные обломки пород, но долго в воздухе они не держатся. При сильных пыльных бурях в атмосферный воздух поднимается до 50 млн т пыли. Причинами пыльных бурь являются засуха, суховеи, провоцируют их интенсивная распашка, выпас скота, уничтожение лесов и кустарников. Наиболее часто возникают пыльные бури в степных, полупустынных и пустынных районах. В этих районах южной России катастрофические пыльные бури наблюдались в 1928, 1960, 1969, 1989 гг.

Катастрофические явления, связанные с извержением вулканов, лесными пожарами и пыльными бурями, приводят к возникновению светозащитного экрана вокруг Земли, который несколько изменяет тепловой баланс планеты. В целом эти явления имеют заметный, но локальный эффект в отношении загрязнения атмосферы. Совсем незначительный, местный характер носит загрязнение атмосферного воздуха, связанное с выветриванием и разложением органических веществ.

Искусственные источники загрязнения наиболее опасны для атмосферы. Они способствуют поступлению в атмосферный воздух инородных, не свойственных естественным условиям газов и веществ. По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества антропогенного происхождения подразделяются на твердые, жидкие и газообразные, причем последние составляют около 90 % от общей массы выбрасываемых в атмосферу искусственных загрязняющих веществ.

Загрязнение атмосферного воздуха в промышленных городах и городских агломерациях значительно выше, чем на прилегающих территориях! Так, по данным американских ученых, концентрация различных веществ в городах следующим образом относится к средним (фоновым) показателям этих веществ в тропосфере (в частях на 1 млн частей): 8О₂ - 0,3/0,0002 - 0,0004; >ГО₂ - 0,05/0,001 - 0,003; О₃ -во время смогов - до 0,5/0,01 - 0,03; СО - 4/0,1; МН₃ - 2/1 - 1,5; пыль (в мкг/м³) - 100/1 - 30.

В 1970 г. в городах СЩА было выброшено в воздух (в млн т): пыли -26,2; 80,-34,1; N0,-22,8; СО- 149; СН-34,9. На 1 км² в Нью-Йорке ежемесячно выпадает 17 т сажи, в Токио - 34 т.

Особое место среди источников загрязнения атмосферы занимает химическая промышленность. Она поставляет диоксид серы (SО₂), сероводород (Н₂S), оксиды азота (NO, NO₂), углеводороды (СН), галогены (F₂, С1₂) и др. Для химической промышленности характерна высокая концентрация предприятий, что создает повышенное загрязнение окружающей среды. Вещества, выделяемые в атмосферу, могут вступать в химические реакции друг с другом, образуя высокотоксичные соединения. Часто образуется озон в концентрациях, во много раз превосходящих нормальный его уровень в воздухе у поверхности Земли, что опасно для жизни растений, животных и человека.

С каждым годом возрастает роль автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы выхлопными газами. В США 60% загрязнения атмосферы связано с транспортом. Особенно велик вклад автотранспорта в загрязнение воздушного бассейна крупных городов. Так, в Москве на него приходится более 75 % выбросов в атмосферу. В ряде других городов доля выбросов автотранспорта на фоне снижения выбросов от промышленных предприятий еще выше: в Батайске - 86%, Ростове-на-Дону - 88%, в Азове - 89%. Определяющая доля выбросов приходится на грузовые автомобили и легковые индивидуального пользования.

В России количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от транспорта составляет 16,5 млн т в год (или около 47% от общего количества выбросов), в том числе от автотранспорта - 13,5 млн т (около 82% общего количества выбросов). В ряде регионов на долю транспорта приходится более половины выбросов: 55% - в Приморском крае, 63% - в Тверской области, 70% - в Пензенской области.

С выхлопными газами в воздух попадают угарный газ, оксиды азота, углеводороды, свинец и его соединения. Поступление свинца и его соединений в воздух связано с тем, что к дизельному топливу и бензину для снижения детонации и повышения КПД двигателей внутреннего сгорания добавляется тетраэтилсвинец (ТЭС - РЬ(С₂Н₅)₄). В результате при сгорании 1 л такого бензина в воздух попадает 200-400 мг свинца. С начала 1930-х годов, когда в топливо автотранспорта стали добавлять ТЭС, авиационные, автомобильные, судовые и тепловозные двигатели стали выбрасывать в воздух свинец во все возрастающем количестве. На 70-80% он состоит из частиц менее 1 мкм. Известно, что городской воздух содержит свинца в 20 раз больше, чем деревенский, и в 2000 раз больше, чем морской.

В целом в атмосферу Земли ежегодно выбрасывается в среднем более 400 млн т четырех главных поллютантов (загрязнителей): диоксида серы, оксидов азота, оксидов углерода и твердых частиц. Вклад наиболее промышленно развитых стран в загрязнение атмосферы распределяется следующим образом: по диоксиду серы - 12% Россия, 21 % США, по оксидам азота - 6% Россия, 20% США, по оксиду углерода- 10% Россия, 70% США.

Серьезные последствия имеет загрязнение воздуха хлорфторметанами, или фреонами. Широкое использование фреонов в холодильных установках, в производстве аэрозольных баллонов приводит к появлению их на больших высотах, в стратосфере и мезосфере. Высказываются опасения относительно возможности взаимодействия озона с галогенами, которые выделяются из фреонов под действием ультрафиолетового излучения.

Радиоактивное загрязнение атмосферы особенно опасно для людей, животных и растений. Источники радиоактивного загрязнения в основном техногенного происхождения. Это экспериментальные взрывы атомных, водородных и нейтронных бомб; различные производства, связанные с изготовлением термоядерного оружия; атомные реакторы и электростанции; предприятия, где используются радиоактивные вещества; станции по дезактивации радиоактивных отходов; захоронения отходов атомных предприятий и установок; аварии или утечки на предприятиях, где производится и используется ядерное топливо. Естественные источники радиоактивного загрязнения атмосферы связаны с выходами на поверхность урановых руд и горных пород, имеющих повышенную природную радиоактивность (граниты, гранодиориты, пегматиты).

Радиоактивное загрязнение атмосферы чрезвычайно опасно, так как радионуклиды с воздухом попадают в организм и поражают жизненно важные органы человека. Его влияние сказывается не только на ныне живущих поколениях, но и на их потомках из-за появления многочисленных мутаций. Не существует такой малой дозы ионизирующего излучения, которая была бы абсолютно безопасна для человека, растений и животных. Даже в районах умеренного радиоактивного загрязнения увеличивается число людей, заболевших лейкозами.

В настоящее время радиоактивное загрязнение атмосферного воздуха над территорией России определяется глобальным повышенным радиационным фоном, который создан в результате проводившихся ранее ядерных испытаний, радиоактивными выбросами после катастрофических аварий, случившихся в 1957 г. на военном производственном объединении (ПО) «Маяк» и в 1986 г. на Чернобыльской АЭС. В результате аварии на ПО «Маяк» произошла утечка радиоактивных отходов, сбрасываемых и хранившихся в «бессточном» озере. В 1957 г. радиоактивный фон озера составлял 120 млн кюри, что в 24 раза больше, чем фон разрушенного реактора Чернобыльской АЭС. Радиоактивные вещества после аварии на ПО «Маяк» загрязнили 23 тыс. км² земли. Загрязнение же атмосферы произошло в результате разноса ветром радиоактивной пыли с берегов и обнажившегося после засухи дна озера.

К зонам радиоактивного загрязнения отнесено 14 субъектов Российской Федерации: Белгородская, Брянская, Воронежская, Калужская, Курская, Ленинградская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Рязанская, Тамбовская, Тульская, Ульяновская области, Республика Мордовия.

Наибольшее загрязнение атмосферы происходит при взрывах термоядерных устройств. Образующиеся при этом изотопы становятся источником радиоактивного распада в течение длительного времени. Наиболее опасны изотопы стронция-90 (период полураспада 25 лет) и цезия-137 (период полураспада 33 года).

Радиоактивные вещества распространяются не только воздушным путем. В миграции радиоактивных элементов большую роль играют цепи питания: из воды эти элементы поглощаются планктоном, который служит пищей для рыб, они, в свою очередь, поедаются хищными рыбами, рыбоядными птицами и зверями и т.д.

Смоги, кислотные дожди, разрушение озонового слоя. Крупнейшие города мира страдают от смогов. Принято различать смог лондонского и лос-анджелесского (фотохимического) типов.

Причинами образования смога лондонского типа служат высокие концентрации в воздухе сернистого газа, пылевых частиц и тумана. Главным источником загрязнения атмосферы служат продукты сжигания угля и мазута. атмосфера газовый загрязнение воздух

Фотохимический смог (лос-анджелесский) возникает в результате фотохимических реакций, протекающих под действием коротковолновой (ультрафиолетовой) солнечной радиации на газовые выбросы. Обязательным условием образования смога служит высокая концентрация оксидов азота, углеводородов, галогенов и других соединений, интенсивная солнечная радиация (солнечная погода) и безветрие. В процессе фотохимических реакций возникают новые, более ядовитые вещества, чем сами выбросы. Основные компоненты фотохимического смога - фотооксиданты: озон, оксиды азота, нитриты, нитраты, углеводороды, фенолы и т.д. Эти вещества в незначительном количестве всегда присутствуют в воздухе больших городов, но в фотохимическом смоге их концентрация намного превышает предельно допустимые концентрации (ПДК).

В декабре 1952 г. за 3-4 дня, в течение которых над Лондоном держался смог, погибли 4 тыс. человек, столько же, сколько во время эпидемии холеры в 1854 г. Сам по себе туман не опасен для человеческого организма. Он становится вредным, когда сильно загрязнен ядовитыми примесями. В лондонском смоге такой токсической примесью был диоксид серы, концентрация которого достигала 5-10 мг/м³.

Лос-анджелесский смог может возникать при более низких концентрациях загрязнителей и более сухом, чем в Лондоне, воздухе (влажность около 70%). Для него характерна желто-зеленая или синеватая дымка. Основная причина образования фотохимического смога - сильное загрязнение городского воздуха выбросами предприятий химической промышленности и транспорта, особенно выхлопными газами автомобилей. В Лос-Анджелесе ежедневно скапливается свыше 4 млн. автомобилей, выбрасывающих в воздух около 1 тыс. т в сутки оксидов азота.

В настоящее время смог представляет большую опасность для жителей многих городов. Важнейшим загрязнителем городского воздуха является диоксид серы, который образуется при сгорании угля и некоторых видов нефти, содержащих серу. Во влажном воздухе SО₂, как отмечалось, окисляется и, соединяясь с водой, образует серную кислоту. Выпадая с дождем на землю или удерживаясь в атмосфере с капельками тумана, она разъедает легкие человека и животных, металлы, краски, камни. Происходит преждевременный износ мостов, зданий, порча скульптур. Диоксид серы - один из наиболее опасных для растений загрязнителей атмосферы. Выпадая на землю, так называемые кислотные дожди губят растения, нарушают естественные процессы в наземных и водных экосистемах за счет изменения кислотности (рН).

Принято считать, что под влиянием деятельности людей происходит также разрушение защитного озонового слоя атмосферы. Разрушение озонового слоя, замеченное в начале 1980-х годов, объясняют применением фреонов в качестве охладителей в холодильных установках и выбросом в атмосферу аэрозолей, применяемых в быту. Выбросы фреонов в мире в конце 1980-х годов достигали 1,4 млн т в год, «вклад» отдельных стран составлял: 35% - США, по 10% - Япония и Россия, 40% - страны ЕЭС, 5 % - остальные страны. Разрушают озоновый слой полеты сверхзвуковых самолетов и космических аппаратов.

Тепловое, шумовое и другие виды загрязнения атмосферы. В промышленных центрах и крупных городах атмосфера подвергается тепловому загрязнению в связи с тем, что в атмосферу поступают вещества с более высокой температурой, чем окружающий воздух. Температура выбросов обычно выше средней многолетней температуры приземного слоя воздуха. Из труб промышленных предприятий, выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания, при отоплении домов, лесных пожарах выделяются вещества, нагретые до 60 °С и более. Среднегодовая температура атмосферного воздуха над крупными городами и промышленными центрами на 6-7°С выше температуры воздуха прилегающих территорий. Специалисты отмечают, что в последние 25 лет средняя температура тропосферы поднялась на 0,7 °С.

Другим видом загрязнения атмосферы в городах является шумовое. Шум стал фактором социального значения. Слабые шумы до 30 дБ (шелест листвы, тихая музыка, шум прибоя) действуют на человека успокаивающе. Шум в 90-120 дБ (от автотранспорта, метро, реактивных самолетов, строительных механизмов и даже музыки в дискотеках) воспринимается как грохот. Такие шумы раздражают, разрушают нервные клетки, приводят к возникновению опасных психических заболеваний.

Не следует игнорировать своеобразную электромагнитную форму загрязнения атмосферного воздуха. Действие электромагнитного поля на человека, животных и растения в настоящее время плохо изучено и часто служит причиной домыслов и предположений. Оно связано с работой приборов и оборудования, вырабатывающих электрические и магнитные поля. В настоящее время проводятся специальные медико-биологические исследования, направленные на выявление влияния таких полей на здоровье человека.

5. Последствия загрязнения и нарушения газового баланса атмосферы

Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на организм человека, животных и растительность, наносит ущерб народному хозяйству, вызывает глубокие изменения в биосфере.

Влияние загрязненного воздуха на человека может быть как прямым, так и косвенным. Прямое влияние выражается в том, что загрязнители в виде газов и пыли попадают вместе с вдыхаемым воздухом в организм и непосредственно действуют на него, вызывая отравления и различного рода заболевания. Среди соединений серы наиболее токсичен для человеческого организма ее диоксид (ЗО₂). При увеличении его концентрации в окружающем воздухе повышается вероятность сердечно-сосудистых и легочных заболеваний. Бронхиальная астма - наиболее частое заболевание у людей, дышащих воздухом с повышенным содержанием диоксида серы. Установлена тесная связь повышенной смертности от бронхитов с повышенной концентрацией диоксида серы в воздухе.

Угарный газ (СО), соединяясь с гемоглобином крови, вызывает отравление организма, малые его концентрации способствуют отложению липидов на стенках кровеносных сосудов, ухудшая их проводимость. Оксиды азота (N0, МО₂) отрицательно влияют на эпителий органов дыхания, вызывая отеки. При длительном их воздействии на человеческий организм нарушается деятельность центральной нервной системы. Отрицательно действуют на нервную систему соединения свинца. Проникая через кожу и накапливаясь в крови, свинец снижает активность ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом. Это, в свою очередь, нарушает нормальные обменные процессы.

К прямому вредному влиянию на организм человека следует отнести воздействие воздуха, насыщенного пылью разнообразного происхождения - частицами горных пород, почвы, сажи, золы. Общее количество пыли, ежегодно поступающей в атмосферу Земли, оценивается в 2 млрд. т, причем антропогенные аэрозоли составляют 10-20%.

Влияние загрязненного воздуха на растения и животных. Загрязненность атмосферы отрицательно сказывается на растительности городов и их окрестностей. Особенно большой вред растениям приносит присутствие в воздухе диоксида серы, фтора, хлора, их соединений, других окислителей, угарного газа и др. Промышленные газы воздействуют на ассимилирующий аппарат зеленых растений. Они разрушают корневую систему растений, цитоплазму и хлоро-пласты в клетках листьев, угнетают деятельность устьиц, в 1,5 - 2 раза снижая интенсивность транспирации, фотосинтеза. Особенно подвержены вредному воздействию загрязнителей атмосферы хвойные деревья: сосна, ель, пихта, кедр, которые первыми погибают от загрязнения атмосферы в крупных промышленных районах.

Отрицательное влияние на растения оказывают выбросы предприятий цветной металлургии и кислотных заводов. В окрестностях заводов, производящих серную кислоту и алюминий, гибнут сады и виноградники, вблизи цементных заводов гибнут плодовые деревья и кустарники, около свинцово-цинковых комбинатов - посевы и т. д.

Глобальные загрязнения и изменения газового баланса атмосферы. Наряду с локальным загрязнением атмосферы над городами в последнее время все большую тревогу вызывает проблема ее глобального загрязнения. Распространяясь воздушными течениями, загрязнения вызывают нарушения глобального характера, оказывают воздействие на процессы в биосфере. Важнейшим сейчас является вопрос об увеличении в атмосфере диоксида углерода и пыли.

За последние 100 лет за счет сжигания ископаемого топлива в атмосферу поступило дополнительно 400 млрд т СО₂. Ежегодный прирост СО₂ в атмосфере составляет около 14 млрд. т.

Возрастание диоксида углерода (так же как метана и оксида азота) в атмосфере усиливает «парниковый эффект», так как СО₂ хорошо пропускает длинноволновые лучи солнечного света к поверхности Земли и задерживает коротковолновое излучение. Поэтому чем выше концентрация СО₂ в атмосфере, тем меньше тепла рассеивает Земля и тем выше средняя температура у земной поверхности. Потеплению климата Земли способствует также поступление тепла в атмосферу за счет сжигания нефтепродуктов, угля, торфа, работы разнообразных двигателей. Повышение средних температур на земном шаре может вызвать существенные изменения в ходе естественных природных процессов биосферы. Например, известно, что повышение средних температур приземного слоя воздуха в 1930-е годы на 0,4 °С сопровождалось сокращением площади льдов в Арктике на 10%, жестокими засухами, имевшими место во многих странах, сдвигами границ ландшафтных зон до 200 км к северу.

Экономический ущерб от загрязнения воздуха. Загрязнение воздуха не только таит в себе угрозу для здоровья людей, но и наносит большой экономический ущерб из-за потери массы выбрасываемых в воздух веществ, которые могут быть использованы в смежных отраслях хозяйства, порчи различных сооружений и материалов, гибели домашних и диких животных, лесных и культурных растений, роста заболеваний и смертности людей.

При улавливании и использовании диоксида серы в отходящих газах цинковых и медеплавильных заводов можно ежегодно получать до 1,5 млн т серной кислоты. Постройка цехов по производству серной кислоты при металлургических предприятиях обходится примерно на треть дешевле, чем строительство новых заводов для получения ее из серного колчедана.

Подсчитано, что если добиться полной очистки выбрасываемых газов от SО₂, то можно получить дополнительно такое количество серы, которое покроет все потребности в ней человечества.

Ущерб от коррозийного воздействия SО₂ и разрушения материалов, гибели растений и сокращения урожайности сельскохозяйственных культур в США оценивается в 4,9 млрд долларов. Ежегодно тратится 500 млн долларов только на антикоррозийные покрытия стальных конструкций. Экономические потери от заболеваний и смертности людей в связи с загрязнением воздушной среды составляют ежегодно 6 млрд долларов. Общий экономический ущерб от загрязнения атмосферы в США достигает 26 млрд долларов в год, т. е. около 80 долларов на одного жителя этой страны.

Оценка негативного влияния загрязнения атмосферы. В России для оценки экологической обстановки в связи с антропогенным загрязнением атмосферы применяются «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия», утвержденные Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации в 1992 г. Согласно этим «Критериям...» негативное воздействие загрязнения атмосферного воздуха происходит двумя основными путями, которые необходимо учитывать при определении зон экологического неблагополучия:

- в результате прямого контакта с загрязненным воздухом;

-в результате выпадения загрязняющих веществ из атмосферы и вторичного загрязнения окружающей среды.

Изменение окружающей среды обитания людей устанавливается по ухудшению их здоровья (по медико-демографическим показателям) и степени загрязнения атмосферного воздуха. К основным медико-демографическим показателям относятся смертность, заболеваемость населения, нарушение репродуктивной функции женщин и ухудшение состояния здоровья новорожденных. Степень загрязнения атмосферного воздуха устанавливается по кратности превышения ПДК основных загрязняющих веществ с учетом их биологического действия.

6. Меры по предотвращению загрязнения и охране атмосферного воздуха

Основными путями снижения и полной ликвидации загрязнения атмосферы служат: разработка и внедрение очистных фильтров на предприятиях, использование экологически безопасных источников энергии, безотходной технологии производства, борьба с выхлопными газами автомобилей, озеленение городов и поселков.

Очистные фильтры являются основным средством борьбы с промышленным загрязнением атмосферы. Промышленные выбросы в атмосферу очищаются путем пропускания их через различные фильтры (механические, электрические, магнитные, звуковые и др.), воду и химически активные жидкости. Такими способами улавливаются пыль, копоть, пары и газы.

Эффективность работы очистных сооружений зависит от физико-химических свойств загрязнителей и от совершенства применяемых методов и аппаратов. При грубой очистке промышленных выбросов устраняется от 70 до 84% загрязнителей, при средней очистке - до 95-98% и при тонкой - 99% и выше.

Очистка промышленных отходов не только предохраняет атмосферу от загрязнений, но и дает дополнительное сырье и прибыли предприятиям. Улавливание серы из газовых отходов Магнитогорского металлургического комбината обеспечивает санитарную очистку и получение дополнительно многих тысяч тонн дешевой серной кислоты. На Ангарском цементном заводе очистными сооружениями улавливается до 98% выбросов цементной пыли, а фильтрами соседнего алюминиевого завода - 98% ранее терявшегося фтора, что дает 300 тыс. долларов прибыли в год.

Безотходная технология производства. Решить проблему охраны атмосферы только с помощью очистных сооружений невозможно. Необходимо применение комплекса мероприятий и прежде всего внедрение в промышленную практику безотходных технологий.

Безотходная технология эффективна в том случае, если она строится по аналогии с процессами, происходящими в биосфере: отходы одного звена в экосистеме используются другими звеньями. Цикличное безотходное промышленное производство, сопоставимое с циклическими процессами в биосфере, - это будущее промышленности, идеальный путь сохранения чистоты окружающей среды.

Один из способов предохранения атмосферы от загрязнения - переход на новые экологически безопасные источники энергии. На- пример, строительство электростанций, использующих энергию приливов и отливов, тепло недр, применение гелиоустановок и ветряных двигателей для получения электроэнергии. В 1980-е годы перспективным источником энергии считались атомные электростанции (АЭС). После чернобыльской катастрофы число сторонников широкого использования атомной энергии уменьшилось. Эта авария показала, что атомные электростанции требуют повышенного внимания к системам их безопасности. Альтернативным источником энергии академик А. Л. Яншин, например, считает газ, которого в России в перспективе можно добывать около 300 трлн кубометров.

Защита воздуха от выхлопных газов автомобилей. Частные решения этой проблемы - установка фильтров для очистки выхлопных газов и дожигающих углеводороды устройств, замена содержащих свинец антидетонаторных добавок, такая организация движения транспорта, которая уменьшает и исключает частую смену режимов работы двигателей: создание дорожных развязок, расширение дорожного полотна, строительство переходов и т. д. Кардинально проблема может быть решена при замене двигателей внутреннего сгорания на электрические. Для уменьшения токсических веществ в выхлопных газах автомобилей предлагается замена бензина другими видами горючего, например смесью различных спиртов. Перспективны газобаллонные автомобили.

Озеленение городов и промышленных центров. Зеленые насаждения за счет фотосинтеза освобождают воздух от диоксида углерода и обогащают его кислородом. На листьях деревьев и кустарников оседает до 72 % взвешенных в воздухе частиц пыли и до 60 % диоксида серы. Поэтому в парках, скверах и садах в воздухе содержится пыли в десятки раз меньше, чем на открытых улицах и площадях. Многие виды деревьев и кустарников выделяют фитонциды, убивающие бактерии. Зеленые насаждения в значительной мере регулируют микроклимат города, «гасят» городской шум, приносящий огромный вред здоровью людей.

Для поддержания чистоты воздуха большое значение имеет планировка города. Фабрики и заводы, транспортные магистрали должны отделяться от жилых кварталов буферной зоной, состоящей из зеленых насаждений. Следует учитывать направление основных ветров (розы ветров), рельеф местности и наличие водоемов. Лучше располагать жилые кварталы с подветренной стороны и на возвышенных участках. Промышленные зоны необходимо помещать вдали от жилых кварталов или за пределами города.

7. Правовые основы охраны атмосферы

Рациональное использование атмосферы определяется законодательными и нормативными правовыми актами. В них регламентируются условия и ограничения при различных видах производствен- ной деятельности людей, которые сводят к минимуму вероятность загрязнения атмосферы.

Основными законодательными и нормативными правовыми актами природоохранной деятельности служат:

Воздушный кодекс Российской Федерации, в котором особые требования предъявляются к состоянию полетной техники в части снижения загрязнения атмосферы;

Федеральный закон «Об уничтожении химического оружия» - устанавливает правовые основы проведения комплекса работ по обеспечению защиты окружающей среды, в том числе атмосферы, при наземных способах уничтожения химических веществ;

Уголовный кодекс (1997) - имеет ряд статей, касающихся атомной промышленности, содержит определение «экологические преступления»;

Федеральный закон «О радиационной безопасности населения». В целях его реализации Правительством РФ был принят ряд постановлений, предотвращающих загрязнение атмосферы и касающихся правил размещения радиоактивных веществ и радиоактивных отходов, их хранения и перевозки;

Федеральный закон «Об использовании атомной энергии». В феврале 1997 г. в него внесены изменения и дополнения;

В России утвержден ряд ГОСТов, которые регламентируют нормы выбросов в атмосферу, рекомендуют методы измерений содержания в атмосферном воздухе загрязняющих веществ, правила размещения пунктов наблюдения, состав, частоту и программы наблюдений. Разработан ГОСТ терминов и определений, имеющих отношение к охране атмосферного воздуха, к составу загрязняющих веществ по токсичности:

Основными документами, регулирующими охрану и рациональное использование атмосферного воздуха, служат ГОСТы ряда «Охрана природы. Атмосфера»:

Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработанных газах автомобилей с бензиновыми двигателями;

Нормы и методы измерений дымности отработанных газов тракторных и комбайновых дизелей;

Правила контроля качества воздуха населенных пунктов;

Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями;

Правила контроля качества воздуха населенных пунктов;

Инструкция о порядке рассмотрения, согласования и экспертизы воздухоохранных мероприятий и выдаче разрешений на выброс загрязняющих веществ в атмосферу.

Кроме общегосударственной нормативной базы, регулирующей глобальные вопросы охраны атмосферы и ее рациональное использование, государственное природопользование регулируется также в каждом субъекте Федерации. Это обеспечивается нормативными документами на уровне области или республики Российской Федерации и сопровождается соответствующими санкциями и экономическими рычагами.

Заключение

Атмосфера является одним из основных метеорологических и климатообразующих факторов. Климатическая система включает в себя атмосферу, океан, поверхность суши, криосферу и биосферу.

Подвижность и инерционные характеристики этих составляющих имеют разное время реакции на возмущения в смежных системах. Так, для атмосферы и поверхности суши оно составляет несколько недель или месяцев. С атмосферой связаны циркуляционные процессы переноса влаги и тепла, циклоническая деятельность.

Проблема загрязнения воздуха не нова. Более двух столетий серьезные опасения вызывает загрязнение воздуха в крупных промышленных центрах многих европейских стран. Однако длительное время эти загрязнения носили локальный характер. В то время, когда промышленных предприятий, заводов и фабрик было немного, дым и копоть загрязняли сравнительно небольшие участки атмосферы и легко разбавлялись массой чистого воздуха. Однако быстрый рост промышленности и транспорта в XX в. привел к тому, что выброшенные в воздух вещества не успевают рассеяться к моменту поступления в атмосферу новой порции загрязнения. Их концентрация увеличивается, и они становятся причиной вредных и даже фатальных последствий для биосферы.

В состав сети наблюдений за радиоактивным загрязнением окружающей природной среды входит около 1,5 тыс. гидрометеостанций и постов, на которых производятся следующие измерения: мощности экспозиционной дозы гамма-излучения на местности -1,4 тыс. пунктов; количества выпадений радиоактивных аэрозолей из атмосферы - 0,5 тыс. пунктов; концентрации аэрозолей в приземном слое атмосферы - более 50 пунктов. Оперативными группами проводятся маршрутные и экспедиционные обследования радиационной обстановки в районах, прилегающих к радиационно опасным объектам.

Контроль радиационной обстановки осуществляется путем непосредственного измерения экспозиционной дозы гамма-излучения на местности, анализа проб атмосферных выпадений и аэрозолей, а также с помощью отбора и анализа проб атмосферных осадков, поверхностных вод суши, морской воды.

Особую роль выполняют контрольные замеры, осуществляемые в рамках совместной программы наблюдений и оценки распространения загрязнителей воздуха на большие расстояния в Европе (Программа ЕМЕП). По программе работают страны, подписавшие Конвенцию о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния.

Некоторые наблюдательные станции, действующие в составе подсистем мониторинга, включены в состав международных систем наблюдения, например станции мониторинга фонового загрязнения атмосферы.

Мониторинг важнейших компонентов атмосферы, кроме того, осуществляется в составе глобальных международных наблюдательных сетей.

Литература

1. Константинов В.М., Челидзе Ю.Б. Экологические основы природопользования: Учебное пособие для студ.учрежд.сред.проф.образ. - М.: Издательский центр «Академия», 2001.

2. Мамедов Н.М., Суравегина И.Т. Экология: Учебное пособие для 9-11 кл. - М.: Школа - Пресс, 1996.

3. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие - М.: Финансы и статистика, 2001.

Размещено на Allbest.ru