Загрязнение атмосферного воздуха

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

Атмосферный воздух

Загрязнение атмосферного воздуха

Естественное загрязнение

Искусственное загрязнение

Следствия загрязнений атмосферного воздуха

Меры по охране атмосферного воздуха

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

Введение

Экология - это наука о связях живых организмов с окружающей средой. Эти связи образуют единую и очень сложную систему, которую мы называем жизнью на Земле.

Человечество - тоже часть этой жизни. Оно возникло как результат развития живой природы, связано с нею всеми корнями, существует за ее счет. Все его современное благополучие и дальнейшая судьба зависят от общей системы жизни на нашей планете.

Современное человечество, вооруженное техникой и использующее огромное количество энергии, представляет очень мощную силу, воздействующую на природу Земли. Если эти воздействия не учитывают природных законов и разрушают установившиеся за миллионы лет связи, возникают катастрофические последствия. Люди уже столкнулись с целым рядом природных катастроф, вызванных их деятельностью, и обеспокоены тенденцией нарастания неустойчивости природы.

Поэтому экология в настоящее время приобретает особое значение как наука, помогающая найти пути выхода из возникающего кризиса. Раскрывая законы связей, на которых основана устойчивость жизни, люди все глубже понимают, как нужно изменить и организовать свои собственные отношения с природной средой, по каким принципам развивать и использовать свою техническую вооруженность. Эти возможности во многом зависят от социального устройства общества, то есть от связей внутри человеческого коллектива.

Таким образом, для экологически грамотного хозяйствования на Земле нужно знать очень много - от того, как взаимодействуют со средой отдельные организмы, до понимания общепланетарных связей жизни и места в них человеческого общества.

Это отражено в структуре и содержании экологической науки. Ее название образовано сочетанием двух греческих слов: «ойкос», что означает дом, жилище, и «логос» - наука, изучение. Название это ввел немецкий зоолог Эрнст Геккель в 1866 г. Образно говоря, экология - это наука о том, как жить в собственном доме. «Дом» современного человечества - вся планета Земля вместе с прилегающим космическим пространством. Поэтому две главные составные части современного экологического знания - это общая или фундаментальная экология, изучающая всю живую природу в целом, и социальная экология, изучающая взаимосвязи человеческого общества с природой. Отсюда вытекают правила и приемы рационального природопользования, охраны природы и окружающей человека среды. 2

Неотъемлемым условием успеха атмосфероохранной деятельности является информация о содержании в атмосфере различных примесей.

Атмосферный воздух

Атмосферный воздух - это природная смесь газов приземного слоя атмосферы (тропосферы) за пределами жилых, производственных и иных помещений, сложившаяся в ходе эволюции Земли.

Первый научный труд, в котором обобщаются представления об атмосфере, принадлежит Аристотелю, высказавшему предположение, что земля имеет форму шара и поэтому окружающая ее воздушная оболочка должна быть сферической. Это и получило название «атмосфера»: по-гречески «атмос» - пар, дыхание, а «сфера» - шар. В русскую науку это слово ввел М.В. Ломоносов.

По-видимому, вначале атмосфера нашей планеты состояла из летучих веществ, образовавшихся в земных недрах: водорода, воды, углекислого газа, метана, аммиака. Свободный азот, выходивший наружу в результате вулканической деятельности, превращался в аммиак. Условия для этого были самые подходящие: избыток водорода, повышенные температуры - поверхность Земли еще не остыла.

Толщина воздушной оболочки, окружающей земной шар, не меньше тысячи километров, это почти в четверть земного радиуса. Масса этой оболочки округленно составляет 5 * 1015 тонн. Хотя это эквивалентно менее чем одной миллионной доле массы Земли, без атмосферы жизнь на планете была бы невозможна. Человек ежедневно потребляет 12-15 кг воздуха, вдыхая каждую минуту от 5 до 100 л, что значительно превосходит среднесуточную потребность в пище и воде.

Кроме того, атмосфера надежно оберегает человека от многочисленных опасностей, угрожающих ему из космоса: не пропускает метеориты (только над Москвой их ежесуточно сгорает около двухсот), защищает Землю от перегрева, пропуская определенное количество энергии, нивелирует перепад суточных температур, который мог бы составить примерно 200К, что неприемлемо для выживания всех земных существ. На верхнюю границу атмосферы ежесекундно обрушивается лавина космических излучений. Если бы они достигли земной поверхности, то все живущее на Земле мгновенно исчезло.

Велико значение атмосферы и в распределении света. Воздух атмосферы разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает то равномерное освещение, к которому мы привыкли. Наличие воздушной оболочки придает нашему небу голубой цвет, так как молекулы основных элементов воздуха и различные примеси, содержащиеся в нем, рассеивают главным образом лучи с короткой длиной волны, т.е. фиолетовые, синие и голубые. По мере удаления от Земли, а, следовательно, уменьшения плотности и загрязнения воздуха, цвет неба становится темнее, воздушная оболочка приобретает густо-синюю окраску.

Атмосфера является проводником звуков. Без нее на Земле царила бы тишина, невозможна была бы человеческая речь.

Основной потребитель воздуха в природе - флора и фауна Земли. Подсчитано, что весь воздушный океан проходит через земные живые организмы, включая человека, примерно за десять лет. Воздух необходим всему живому на Земле. Без пищи человек может прожить пять недель, без воды - пять дней, без воздуха - пять минут, но нормальная жизнедеятельность людей требует не только наличия воздуха, но и определенной его чистоты. От качества воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций зданий, сооружений. Загрязненный воздух губителен для вод, суши, морей, почв.

Долгое время люди считали воздух простым веществом, и только в XVIII веке французский ученый Антуан Лоран Лавуазье установил, что воздух является механической смесью различных газов. 3 В нем содержится азота (N2) 78,08%; кислорода (О2) - 20,95%; диоксида углерода (СО2) - 0,03%; аргона (Ar) - 0,93% от объема сухого воздуха; небольшое количество других инертных газов. Пары воды составляют 3-4% от всего объема воздуха.

Состав воздуха поддерживается за счет постоянно идущих процессов: использования газов живыми организмами и выделение их в атмосферу.

В последние годы происходит некоторое изменение баланса азота в атмосфере. Однако из-за огромного количества азота в атмосфере проблема его баланса не так серьезна, как баланс кислорода и углекислого газа. Известно, что около 3,5-4 млрд. лет назад содержание кислорода в атмосфере было в тысячу раз меньше, чем сейчас, так как не было основных продуцентов кислорода - зеленых растений. 2

Загрязнение атмосферного воздуха

Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровень естественного содержания.

Качество атмосферного воздуха - совокупность физических, химических и биологических свойств атмосферного воздуха, отражающих степень его соответствия гигиеническим и экологическим нормативам атмосферного воздуха.

Гигиенический норматив качества атмосферного воздуха - критерий качества атмосферного воздуха, отражающий предельно допустимое максимальное содержание вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе, при котором отсутствует вредное воздействие на здоровье человека.

Экологический норматив качества атмосферного воздуха - критерий качества атмосферного воздуха, отражающий предельно допустимое максимальное содержание вредных веществ в атмосферном воздухе, при котором отсутствует вредное воздействие на окружающую природную среду.

Предельно допустимая (критическая) нагрузка - показатель воздействия одного или нескольких вредных веществ на окружающую природную среду, превышение которого может привести к вредному воздействию на нее. 3

В чистом виде воздух в природе не встречается. Причиной тому - естественное и искусственное (или антропогенное) загрязнение.

Естественное загрязнение имеет разное происхождение: внеземное (космическая пыль) и земное. Последнее происходит при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, выносе в атмосферу кристалликов солей.

Данные статистики показывают, что главные источники искусственного загрязнения атмосферы - это различные виды транспорта, тепловые электростанции, промышленность, коммунальное хозяйство, сельское хозяйство, лесное хозяйство. В последние десятилетия добавилось радиоактивное загрязнение (см. Приложение рис. 1, 2).

Как известно, XX век характеризуется значительным ростом населения (оно увеличилось в 4,5 раза по сравнению с XIX веком) и научно-технической революцией, которая усилила отрицательное воздействие человека на природу. Например, в атмосфере появились в большом количестве вещества-загрязнители. 6

Загрязняющее вещество - примесь в атмосферном воздухе, оказывающая при определенных концентрациях неблагоприятное воздействие на здоровье человека, растения и животных, другие компоненты окружающей природной среды или наносящая ущерб материальным объектам. 3

Естественное загрязнение

Естественное загрязнение атмосферы происходит при выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, выносе в атмосферу кристалликов солей, извержении вулканов. 2

Вулканов на Земле очень много, но даже если они не вызывают мгновенных катастрофических разрушений, а только мирно «курят», их деятельность способна серьезно влиять на климат нашей планеты и вызывать неблагоприятные экологические последствия. Например, сернистые газы, постоянно извергаемые в атмосферу известным сицилийским вулканом Этна, превращаются там в мельчайшие капельки серной кислоты, способствуя возникновению так называемых кислотных дождей (кстати, сильно повреждающих растительность и памятники старины). Этна - самый крупный источник сернистого ангидрида (SO2) в Европе. Есть подобные ей вулканы и в других частях света.

Время от времени эти «курильщики» попыхивают особенно сильно, и их ядовитые выдохи достигают стратосферы. Более тяжелый пепел через несколько недель опускается на землю, а вулканические газы и серная кислота в виде аэрозоля распределяются над всей поверхностью планеты и остаются в стратосфере на несколько лет. По оценке ученых, примерно половина серы в этом атмосферном слое - вулканического происхождения. Распыленная в воздухе серная кислота вступает в реакцию с хлором (концентрация которого сильно повышена в результате деятельности человека). При этом разрушается озоновый слой Земли, который защищает нашу планету от опасного для всего живого на ней жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. 16

Но несмотря на все это природные источники не вызывают существенных загрязнений атмосферы. 2

Искусственное загрязнение

Искусственное (или антропогенное) загрязнение - это загрязнение, связанное с деятельностью человека.

Человек оказывает воздействие на различные параметры и свойства атмосферы, ее химический состав, тепловой режим, перемещение, радиоактивность, электромагнитный фон и т. п. Она, как и вода, стала раньше, чем литосфера, загрязняться человеком.

Человек не оказывает заметного влияния на концентрации основных химических элементов, входящих в состав воздуха - азота и кислорода. Отсутствие изменений в концентрации этих газов связано, прежде всего, с их высоким содержанием (азот - 78,08%, кислород _ 20,95%), на фоне которых даже существенные воздействия человека на эти газы остаются практически не заметными. Этого, однако, нельзя сказать о диоксиде углерода. Концентрация его постепенно увеличивается, что связано со значительными поступлениями углерода на фоне его низкого содержания в атмосфере (0,03%).

Существенно изменяются и концентрации тех веществ, которые не являются обязательными компонентами атмосферы. Сюда относятся, прежде всего, многие загрязнители, в том числе и чуждые жизни (ксенобиотики).

В результате человеческой деятельности в атмосферу попадают сотни веществ, которые становятся загрязнителями либо в результате того, что они чужды для атмосферы, либо по причине изменения концентрации свойственных атмосфере веществ, например, диоксид углерода.

Особо заметные воздействия человека на атмосферу начались с тех пор, когда он начал активно вмешиваться в биосферные процессы, включая уничтожение лесов и особенно их выжигание, распашку земель и сопутствующую ей эрозию, осушение, орошение, строительство городов, промышленных объектов и т.п.

Объемы выбросов вредных веществ в атмосферу сравнимы с их поступлением в результате естественных процессов. Они столь значительны и серьезны, что их относят иногда к непреднамеренным формам экологической войны.

Наиболее опасны те воздействия человека на атмосферу, которые приобрели значение глобальных или имеют тенденцию перерастания в них. 1 загрязнение атмосферный воздух

Основным поставщиком загрязнений служат промышленные предприятия. Они выделяют в атмосферу несгоревшие частицы топлива, пыль, сажу, золу 2. Каждая отрасль производства связана с выделением специфических примесей, состав которых насчитывает десятки тысяч веществ.

Предприятия, работающие в области электроэнергетики, являются поставщиками твердых веществ, диоксидов серы, оксидов азота, а также других веществ в атмосферу.

Деятельность предприятий черной металлургии сопровождается выбросом в атмосферу пыли, сернистого газа, марганца. В небольших количествах в атмосферу выбрасываются также соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и смолистые вещества.

Загрязнение атмосферного воздуха предприятиями цветной металлургии характеризуется в основном выбросом сернистого ангидрида, оксида углерода (II) и пыли.

Характерными загрязняющими веществами, образующимися в процессе добычи нефти, являются углеводороды и твердые вещества.

Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности значительно загрязняют атмосферу выбросами углеводородов, сернистого газа, оксида углерода (II) и оксидов азота.

Предприятия машиностроения загрязняют атмосферу главным образом твердыми вредными веществами, а также диоксидами серы и оксидами азота.

Выбросы предприятий газовой промышленности в атмосферу содержат такие вредные вещества, как сернистый ангидрид, оксиды азота и углеводорода.

Выброс вредных веществ в атмосферу предприятиями промышленности строительных материалов производится в основном в виде пыли и взвешенных веществ, оксидов углерода, диоксида серы, оксидов азота. Кроме того, в выбросах присутствуют сероводород, формальдегид, толуол, бензол, оксид ванадия (V), ксилол и другие вещества.

Деятельность предприятий химической и нефтехимической промышленности в значительной степени ухудшает качество атмосферного воздуха путем выбросов в атмосферу оксидов азота, диоксида серы, угольной золы, сероуглерода, сероводорода, аммиака, тетраэтилсвинца и винилхлорида.

По данным регулярных наблюдений Росгидромета, за пятилетний период (1993_1997 гг.) средние за год концентрации взвешенных веществ, диоксида серы, фенола и формальдегида снизились на 5-13%, аммиака, сероуглерода, фторида водорода и сажи - на 16-37%. За этот же период концентрации сероводорода, оксида углерода (II), диоксида азота возросли на 5-11%. За десятилетний период (1988-1997 гг.) концентрация оксида углерода (II) повысилась на 11%, оксида азота - на 3%, диоксида азота - на 18%.

Уровень загрязнения атмосферы в городах остается высоким. В 1997 г. средние за год концентрации какого-либо из веществ, за содержанием которых ведутся регулярные наблюдения, превышали ПДК в 187 городах, где проживает 65,4 млн. человек. Концентрации взвешенных веществ превышали ПДК в 71 городе (3,8 млн. человек), диоксида азота - в 93 (9,4 млн. человек), бензапирена - в 39 (8,6 млн. человек).

Максимальные разовые концентрации превышали 10 ПДК в 66 городах, в том числе среднемесячные концентрации бензапирена - в 25 городах. В семи городах (Кемерово, Красноярске, Магнитогорске, Омске, Стерлитамаке, Норильске, Томске) наблюдались разовые концентрации выше 10 ПДК трех и более веществ.

В 2001 г. Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова в Санкт-Петербурге составила список наиболее неблагоприятных городов России по уровню загрязнения атмосферы. Исследования проводились в 89 крупных городах страны. Первенство по загрязнению удерживают Москва и Санкт-Петербург. Тамбов и Белгород по состоянию атмосферного воздуха признаны экологически самыми чистыми городами России.

В 1998 г. валовый выброс вредных веществ от стационарных источников в атмосферу в целом по РФ составил 18,66 млн. тонн. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы (по объему выбросов) внесли предприятия электроэнергетики (29,1% общего объема промышленных выбросов), цветной (22%) и черной (14,6%) металлургии (см. Приложение рис. 3). 3

В больших городах и густонаселенных районах первенство в загрязнении атмосферы переходит от промышленности к автомобильному транспорту. 2

Ежегодно в мире в автомобильных двигателях внутреннего сгорания сжигается около 2 млрд. тонн нефтяного топлива. При этом коэффициент полезного действия в среднем составляет 23%, остальные 77% уходят на обогрев окружающей среды.

В 1998 г. по России выброс загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных средств составил 11824,2 тыс. тонн. В крупных городах автомобиль является основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Он выделяет в воздух более 95% оксида углерода (II), около 65% углеводородов и 30% оксидов азота. В атмосферный воздух от автотранспорта поступают канцерогенные (бензол, формальдегид, бензапирен, ацетальдегид и др.) и опасные вещества (толуол, кислоты, 1,3-бутадиен, тяжелые металлы и др.), вызывающие различные заболевания. Оценки, выполненные для действующего парка автотранспортных средств, показывают, что в целом по России от автотранспорта ежегодно в атмосферу поступает 27 тыс. тонн формальдегида и 1,5 тонны бензапирена.

Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичными компонентами отработанных газов, парами топлива, но и продуктами износа шин, тормозных накладок. В атмосферный воздух постоянно поступают пары топлива из баков, наиболее заметные в летний период в местах массовых стоянок автомобилей. Наибольший ущерб здоровью наносят машины, стоящие в непосредственной близости от жилых домов.

Количество выделяемых в окружающую среду вредных веществ зависит от численности и структуры автомобильного парка, а также от технического состояния автомобилей и в первую очередь их двигателей. Только из-за отсутствия необходимой регулировки карбюратора бензинового двигателя внутреннего сгорания выброс монооксида углерода может возрасти в 4-5 раз.

На состав отработанных газов двигателя большое влияние оказывает режим работы автомобиля в городских условиях. Низкая скорость движения и частые ее изменения, многократные торможения и разгоны способствуют повышенному выделению вредных веществ.

В крупных городах доля загрязнения воздуха автотранспортом достигает 70-80% от общего уровня загрязнения. В ряде городов содержание оксида углерода (II) в воздухе над автомагистралями в 10-12 раз превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК). По оценкам медиков и экологов, автотранспорт заметно сокращает среднюю продолжительность жизни населения.

Около 50 млн. россиян проживают в условиях десятикратного превышения предельно допустимой концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, половина которых исходит от автотранспорта.

В 1997 г. на автомобильной дороге «Россия» (Москва - Тверь - Великий Новгород - Санкт-Петербург) суммарные выбросы оксида углерода (II) составили 62286 т, оксида азота (IV)- 19198,3 т, углеводороды - 10002,9 т, сернистого газа - 2656,9 т, сажи - 400 т и свинца - 57,2 т, т. е. в структуре выбросов превалировали оксид углерода (II) и диоксид азота (см. Приложение рис. 4).

В условиях акустического дискомфорта, вызванного шумовой нагрузкой от транспортных потоков, проживает около 30 млн. человек. Примерно 10-15 млн. человек, проживающих на примагистральных территориях, подвержены риску необратимой потери здоровья. Экономический ущерб от воздействия транспортно-дорожного комплекса составляет 4,8 млрд. долларов. 3

За последние годы стал проявлять себя с особой силой ряд новых, не имевших место или скрытых ранее серьезнейших проблем. Это накопление в биосфере диоксинов, нитратов, пестицидов, полициклических ароматических углеводородов, тяжелых металлов и многое другое.

Первое упоминание о диоксинах датировано 1957 годом. Диоксины - незапланированный побочный продукт химической технологии, примесь, на которую раньше не обращали внимание. Диоксиновые вещества обнаруживаются не только в пестицидах и отходах производства. Их нашли в составе отходов металлургии, деревообрабатывающей целлюлозно-бумажной промышленности. Диоксин присутствует в любой бумаге, так как целлюлозную массу хлорируют. Образуются диоксины при уничтожении отходов в мусоросжигательных печах, при сжигании мусора на свалках, на тепловых электростанциях, при пожарах, когда горят синтетические покрытия и масла в трансформаторных будках. Диоксины есть в табачном дыме, дыме костров при сжигании листвы, в выхлопных газах автомобилей.

В последнее время все больше и больше говорят о диоксиновой опасности. Диоксин признан во всем мире абсолютным ядом. Это самое токсичное вещество, созданное когда-либо химиками. Этот яд сильнее стрихнина, кураре, зомана, зарина, табуна, его летальная доза в 150 тыс. раз меньше, чем у цианистого калия.

Под диоксинами понимают не одно какое-то конкретное вещество, а ряд семейств, включающих несколько тысяч трициклических кислородосодержащих веществ, чуждых для жизнедеятельности организмов. Классическим диоксином считается 2,3,7,8_тетрахлордибензолпарадиоксин, самый токсичный из известных ядовитых веществ (

Классический диоксин представляет собой химически инертное бесцветное кристаллическое вещество без запаха. Температура плавления около 300С. Растворимость в воде составляет 2*10-4 частей на миллион, лучше растворяется в органических веществах.

Диоксиновые вещества чрезвычайно стабильны. В воде, почве и воздухе они долгое время сохраняются без разложения. Причиной исключительной токсичности является то, что диоксиновые вещества удивительно точно вписываются в рецепторы живых организмов и подавляют их жизненные функции. В малых дозах диоксины не только отравляют, но и видоизменяют живое. Диоксиновые вещества могут годами накапливаться в организме, не вступая там ни в какие взаимодействия, а потом проявить себя в виде самых разнообразных болезней. 5

Самое опасное загрязнение атмосферы и всей окружающей среды - радиоактивное. Оно представляет угрозу для здоровья и жизни людей, животных и растений не только ныне живущих поколений, но и их потомков из-за появления многочисленных мутационных уродств. Последствия такого мутагенного влияния на растения, животных и человека изучены еще плохо и трудно предсказуемы. В районах умеренного радиоактивного загрязнения увеличивается число людей, заболевших лейкозами. 2

Источниками радиоактивного загрязнения служат атомные электростанции, атомные энергетические установки производственного и исследовательского назначения, предприятия ядерно-топливного цикла, транспортные средства и космические аппараты с ядерными установками или грузом радиоактивных веществ на борту, места хранения ядерных боеприпасов. Большую опасность представляют также водородные и атомные бомбы во время их испытания, хранения и боевого применения. С 1945 по 1996 гг. В мире произведено 2070 ядерных испытаний, в том числе 501 - в атмосфере. 7

Радиоактивные вещества выделяются в атмосферу атомными реакторами электростанций, при переработке радиоактивных отходов, при изготовлении ядерного оружия и др. 2

В 1963 г. между ядерными странами был подписан договор об ограничении испытаний ядерного оружия в атмосфере, под водой и в космосе. В настоящее время все ядерные державы, кроме Китая и Франции, отказались от испытаний ядерного оружия. 7

Очень существенным фактором является шум. 14 Уровень громкости шума зависит от источника и измеряется в относительных единицах - децибелах. Шум может иметь громкость от 0 дБ (самый тихий слышимый звук) до более 160 дБ. Восприятие звука зависит также от высоты тона. Наибольший вред органам слуха причиняют громкие звуки высокой частоты. 15

Один из основных источников шума в городе - автомобильный транспорт. На магистральных улицах уровень шума достигает 95 дБ (по шкале А шумомера). В выходящих окнами на проезжую часть квартирах домов при открытых окнах уровень шума только на 10_15 дБ ниже. Не меньшее негативное воздействие на наш организм оказывает шум, производимый трамваями, поездами метро.

Помимо звуковых волн, воспринимаемых нами как шум, существует еще и инфразвук - неслышимые человеческим ухом низкочастотные колебания. Есть природные источники инфразвука - морские волны, ветер, грозовые разряды, но есть и антропогенные - взрывы, орудийные выстрелы, многие работающие механизмы, трансформаторы и пр. Предполагается, что колебания частотой 6 Гц совпадают с альфа-ритмом головного мозга - под их воздействием возникает ощущение морской болезни, усталости, они могут привести к потере зрения и даже к смерти. Инфразвук с частотой 7 Гц еще более опасен для человека - он может привести к остановке сердца. 14

Следствия загрязнений атмосферного воздуха

Загрязняющие вещества оказывают влияние на отдельные элементы экосистем. Основное внимание уделим тем воздействиям на атмосферу, которые обусловливают глобальные процессы, такие как изменение климата, разрушение озонового экрана, выпадение кислых осадков.

Проблема парникового эффекта:

Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры земного шара в результате изменения теплового баланса, обусловленное парниковыми газами.

Основным парниковым газом является диоксид углерода. Его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65%. К другим парниковым газам относятся метан (около 20%), оксиды азота (примерно 5%), озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы (около 10-25% парникового эффекта). Всего известно около 30 парниковых газов. Утепляющий эффект парниковых газов зависит не только от их количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если показатель оксида углерода (IV) принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для лов азота - 165, а для фреонов - 11000.

Начиная с середины XIX столетия содержание СО2 в атмосфере менялось следующим образом (частей на миллион, или содержание молекул СО2 на миллион молекул воздуха) 1859 г.-265-290; 1958 г.-313; 1978 г.-330; 1990 г.-350, т.е. увеличилось на 12-15% (см. Приложение рис. 17).

На поверхность Земли поступает в основном поток видимых лучей - не тепловых. Эти лучи проходят через парниковые газы не изменяясь. В околоземном пространстве при встрече с различными телами значительная часть этих лучей трансформируется в длинно-волновые (инфракрасные) тепловые лучи. Парниковые газы являются существенным препятствием для ухода в космическое пространство тепловых лучей. Они попадают как бы в ловушку и обусловливают повышение температуры воздуха (парниковый эффект).

По имеющимся данным, за счет парниковых газов среднегодовая температура воздуха на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3-0,6С. Сейчас увеличение концентрации СО2 идет примерно со скоростью 0,3-0,5%/год. Сходными темпами увеличивается и содержание других парниковых газов (метана - на 1% в год, оксидов азота - на 0,2%). Удвоение содержания парниковых газов в атмосфере, обусловит повышение среднегодовой температуры планеты, по разным источникам, на 1-3,5С.

Прогнозируется, что следствием потепления климата будет таяние вечных снегов и льдов и подъем уровня океана примерно на 1,5 м (за последние 100 лет он повысился на 10_12 см). Подсчитано, что высвобождение всей массы воды, накопленной в ледниках, может поднять уровень океана на 60-70 м. Но это может произойти только в течение нескольких тысячелетий.

Глобальное потепление климата и повышение уровня океана рассматривается как экологическая угроза беспрецедентного масштаба. Прогнозируется, что при повышении уровня океана на 1,5-2 м под затопление попадет около 5 млн. км2 суши. Хотя эта площадь и не велика (лишь около 3% от общей поверхности суши), но это наиболее плодородные и густонаселенные земли. На них проживает около 1 млрд. человек и собирается около 1/3 урожая отдельных сельскохозяйственных культур.

Прогнозируется, что, кроме подъема уровня океана, потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений.

Большую тревогу вызывает также возможность уменьшения различий температуры на полюсах и экваторе и в основном за счет более сильного потепления полюсов. С последним явлением может быть связано уменьшение площадей вечномерзлых почв и высвобождение из них (особенно с заболоченных территорий) метана, что, в свою очередь, будет интенсифицировать парниковый эффект.

Все это дало основание Международной конференции по проблемам изменения климата, состоявшейся в Торонто в 1979 г., высказать мнение, «что конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной». 1

Основным техногенным источником поступления углекислого газа в атмосферу является сжигание органического топлива. В балансе потребления органического топлива в нашей стране природный газ занимает 45%, в то время как в мировом топливном балансе на природный газ приходится 25%. Таким образом, структура российской энергетики по воздействию на климат более нейтральна по сравнению с энергетикой других стран, так как природный газ имеет более низкий коэффициент выброса диоксида углерода, чем уголь и нефть.

По данным Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, российская суша выдыхает 3,12 млрд. тонн углекислого газа. Еще примерно 500 млн. тонн добавляет сжигание ископаемого топлива, лесные пожары, эрозия почвы и хозяйственная деятельность человека. 3

В настоящее время только от тепловой энергетики в атмосферу поступает примерно 1 тонна углерода на человека в год, или около 6 млрд. т/год на земном шаре. Прогнозируется, что в первой половине XXI столетия выброс возрастет до 10 млрд. т/год. Климатологи крайне опасным считают выброс порядка 15_20 млрд. т/год.

Основным фактором вывода углерода из атмосферы является фотосинтез и поглощение океаном 1. В процессе фотосинтеза растения усваивают диоксид углерода из воздуха и строят из нее свою биомассу. По оценкам ученых, за год вся растительность суши улавливает из атмосферы 20-30 млрд. тонн углекислого газа. Один квадратный метр быстрорастущего тропического леса за год извлекает из воздуха 1-2 кг углерода, 1 м2 арктической тундры - раз в сто меньше, но нельзя забывать, что растительность суши - лишь сравнительно небольшая часть всей земной флоры.

Основную площадь нашей планеты занимают океаны, а в их водах плавают массы микроскопических водорослей. 3 Океан поглощает до 50% СО2, образующегося в результате деятельности человека. Океан потенциально мог бы поглощать и существенно больше углекислоты, но этому препятствует слабая перемешиваемость глубинных вод.

Многие ученые обращают внимание на недостаточность рассмотрения проблемы климата только под углом зрения его потепления. Существуют факторы, действующие в направлении, противоположном парниковому эффекту. Так, увеличивающаяся запыленность препятствует поступлению к земной поверхности солнечной радиации и тем самым ее тепловой составляющей. Подобным образом действует повышение влажности воздуха и облачность. Существенным фактором является также изменение отражательной способности (альбедо) земной поверхности. Всякое ее увеличение ведет к выхолаживанию нижних слоев атмосферы и понижению температуры. 1 Преобладание этих процессов может привести к увеличению ледниковых шапок на полюсах, резкому похолоданию и наступлению ледникового периода.

В настоящее время проводятся исследования теплового баланса Земли, чтобы найти пути управления им. 2

Проблема озона:

Проблема озона в атмосфере имеет два связанных с человеческой деятельностью аспекта: разрушение в верхних слоях («озоновый экран») и увеличение концентрации в околоземном пространстве.

Озоновый экран располагается у полюсов на высотах 9-30 км, у экватора - на 18-32 км. Концентрация озона в нем равна 0,01-0,06 мг/м3. Если содержащийся в границах экрана озон выделить в чистом виде, то слой его составит 3-5 мм. Содержание озона выражается в сантиметрах (0,3-0,5) или в единицах Допсона (миллиметры, увеличенные в 100 раз - 300_500 ед.).

Озон в верхних слоях атмосферы образуется в результате распада молекулы кислорода (О2) под влиянием ультрафиолетовых лучей на два атома кислорода. При последующем присоединении свободного кислорода к молекуле О2 - О + О - О2 + О - О3. Одновременно идет противоположный процесс распада молекул озона и образования О2. Условием для протекания реакций является наличие ультрафиолетовых лучей и преобразование их в инфракрасные тепловые. Таковы основные механизмы существования озонового экрана и поглощения ультрафиолетовых лучей.

Озон поглощает лучи с длиной волны 200-320 нм. Часть из них, как и более длинные, доходят до Земли. При этом лучи длиной 200-400 нм выделяют в категорию биологически активных ультрафиолетовых.

В последние годы наблюдается тенденция уменьшения содержания озона в верхних слоях атмосферы. В средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило около 3% (по другим сведениям 2-10%). Есть данные, что уменьшение содержания озона на 1% ведет к увеличению заболеваемости раком кожи на 5-7%. Для европейской части России это составляет около 6-6,5 тыс. человек в год.

Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой. Здесь содержание его в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40-50%. Пространство, в пределах которого регистрируется уменьшение концентрации озона, получило название «озоновой дыры». Размер «дыры» с пониженной концентрацией озона возрастает примерно на 4% в год. В настоящее время она вышла за пределы континента и по размерам превышает площадь США. Несколько меньших размеров «дыра» характерна для Арктики. Учащается также появление «блуждающих дыр» площадью от 10 до 100 тыс. км2 в других регионах, где потери озона достигают 20-40% от нормального уровня.

Причины возникновения «озоновых дыр» до конца не ясны. Впервые они обнаружены в начале 80-х годов прошлого столетия, и короткий период наблюдений не дает достаточных оснований для каких-либо категоричных выводов о причинах изменений концентрации озона.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, в настоящее время считают фреоны (хладоны). Эти хлорфторуглероды, кипящие при комнатной температуре, широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода баллончиках, холодильных установках и т. п.

Для широкого использования в качестве пропиллентов фреоны избраны как весьма стойкие (инертные) газы. Однако чисто технических подход к их оценке только по одному свойству привел к непредвиденному отрицательному эффекту. Оказалось, что именно благодаря высокой устойчивости (живут более 100 лет) фреоны оказались способными достигать озонового слоя, в агрессивной среде которого из них высвобождается хлор. Каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тысяч атомов озона.

Принимаются меры к уменьшению, а в дальнейшем и к прекращению производства фреонов. Так, Монреальским протоколом, подписанным в 80-х годах, к 2000 г. Многие государства взяли обязательство сократить производство фреонов на 50%, заменив другими пропиллентами. Однако вследствие высокой стойкости фреоны могут очень долго сохраняться в атмосфере, даже в тех случаях, когда их производство будет прекращено.

В ряде стран фреоны заменяются на гидрохлорфторуглероды и гидрофторуглероды, срок жизни которых значительно короче (2-25 лет), а потенциал разложения О3 в десятки раз ниже, чем у фреонов.

Ведутся также поиски других путей повышения устойчивости озонового слоя. Так, подача этана и пропана в озоновый слой способствует переводу атомарного хлора как катализатора в пассивный хлористый водород. Образованию и накоплению озона способствует также электромагнитное излучение, лазерные лучи, электрические разряды. Они стимулируют фотодиссоциацию кислорода и способствуют образованию и накоплению озона.

Наиболее интенсивно озоновый слой разрушается весной. Это связывают с тем, что низкие температуры и повышенная облачность зимой способствуют высвобождению хлора из фреонов, а хлор действует на озон наиболее интенсивно весной, когда температура несколько повышается. Более интенсивное разрушение озона в приполярных областях связывают с тем, что ответственный за разрушение озона хлор здесь в меньшей мере блокируется метанной группой, чем в более низких широтах.

В последнее время ученые все чаще стали высказываться о том, что нет веских доказательств для утверждений, что появление «озоновых дыр» - результат деятельности человека. Ученые считают, что аналогичные явления имели место ранее и обусловливались исключительно природными процессами, в частности 11-летними циклами солнечной активности. Что касается фреонов, то пузырьки воздуха из кернов льда подтверждают наличие его в атмосфере и в доиндустриальную эпоху.

Из других причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Высказывается также предположение, что над Антарктикой существуют своеобразные восходящие вихри, способствующие рассеиванию озона.

Зарегистрировано также разрушение озона при выводе в космос летательных аппаратов, при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Существует также гипотеза срыва озонового слоя кометой Галлея. Полагают, что с ее уходом концентрация озона обычно восстанавливается.

В нижних слоях атмосферы озон выступает как сильный антитоксикант и бактериоцид. Он способен уничтожать неприятные запахи и разрушать некоторые канцерогенные вещества. Вместе с тем при повышенных концентрациях озон проявляет себя как сильный яд. У людей он затрудняет дыхание и раздражает глаза, у растений повреждает ассимиляционный аппарат, разрушает хлорофилл.

Согласно имеющимся оценкам, концентрация озона в приземном слое воздуха с начала индустриальной эпохи возросла в 2 раза и ежегодно повышается на 1-1,6%. Основной причиной этого являются фотохимические смоги.

Проблема кислых осадков:

Диоксид серы - основной загрязнитель, обусловливающий появление кислых осадков. В присутствии паров воды сернистый ангидрид превращается в раствор серной кислоты. Таким же образом из диоксида углерода и оксидов азота образуются угольная и азотная кислоты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые другие соединения, что в сумме и дает раствор с кислой реакцией (кислые или кислотные осадки).

Для SO2 в образовании кислых осадков составляет около 70%. 20-30% кислых осадков связано с другими выбросами. Появлению кислых осадков способствует также СО2. Из-за ее постоянного присутствия в атмосфере нормальной является рН осадков равная 5,6 (см. Приложение рис. 18).

Кислотные осадки - не новое явление. Впервые они зарегистрированы еще в 1907-1908 гг. в Англии. К настоящему времени отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2-2,3. Такие значения близки к кислотности лимонного сока или бытового уксуса.

Наиболее распространены кислые осадки в северном полушарии. Здесь значительны выбросы кислых веществ и благоприятны условия для их мокрого осаждения в виде дождей, снега, туманов.

Длительные периоды с отрицательными температурами усугубляют продолжительность действия кислых осадков. Дело в том, что последние в значительной мере нейтрализуются аммиаком. Зимой же его выделение из почв, органики, минеральных удобрений и других источников незначительны вследствие прекращения действия микроорганизмов-аммионификаторов.

В России очаги образования кислых осадков приходятся на Кольский полуостров, Норильск, Челябинск, Красноярск и другие районы. В наши дни в Санкт-Петербурге рН дождя колеблется от 4,8 до 3,7, в Красноярске - от 4,9 до 3,8, в Казани - от 4,8 до 3,3. В городах до 70-90% загрязнений в атмосферу, в том числе и для образования кислых осадков, поставляет автотранспорт.

Отрицательное влияние кислых осадков разнообразно. Они действуют на почвы, водные экосистемы, растения, памятники архитектуры, строения и другие объекты. 1

Меры по охране атмосферного воздуха

Воздушный океан обладает способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Аэрозоли вымываются из атмосферы осадками, ионы оседают под влиянием электрического поля атмосферы, а также вследствие гравитации. Частица размером 10 мкм проходит путь от устья трубы высотой 45 м до поверхности земли за 1,4 часа. За это время при скорости ветра 2 м/с выброс из трубы будет отнесен на 10 км, частицы меньшего диаметра осядут на еще большем расстоянии. Оседанию способствует сорбция их на поверхности более крупных частиц. В отсутствие атмосферных осадков происходит выпадение аэрозолей в результате соприкосновения нижнего слоя воздуха с земной поверхностью и предметами, расположенными на ней. Так, воздушные потоки, переносящие загрязнения, очищаются, встречая на своем пути лес. На деревьях осаждаются не только твердые частицы, но и летучие вещества.

Вследствие турбулентного перемещения приземной слой воздуха все время обновляется, поэтому на поверхности осаждается значительное количество аэрозолей. Так, на 1 м2 земли под Санкт-Петербургом выпадает столько аэрозолей, сколько заключено в 250 м приземного слоя воздуха, при этом за сутки очищается слой высотой 250 м. Эта величина условно называется скоростью очистки.

Процессы самоочищения атмосферы связаны не только с выпадением осадков и образованием нисходящих потоков, но и с другими метеорологическими явлениями.

Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Эта способность природы долгое время бездумно и хищнически эксплуатировалась человеком. Отходы производства выбрасывались в воздух в расчете на то, что будут обезврежены и переработаны самой природой. Казалось, что как ни велика общая масса отходов, по сравнению с защитными ресурсами она незначительна. Однако процесс загрязнения резко прогрессирует, и становится очевидным, что природные системы самоочищения рано или поздно не смогут выдержать такой натиск, так как способность атмосферы к самоочищению имеет определенные границы 3. Поэтому необходимы специальные меры для устранения опасного загрязнения атмосферы.

Основные усилия сейчас направлены на предупреждение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. На действующих и новых предприятиях устанавливают пылеулавливающее и газоочистное оборудование. Таким образом, задерживается около 3/4 всех выбросов. В настоящее время продолжается поиск более совершенных способов их очистки.

Особое внимание природоохранные службы уделяют экологической оценке территорий и контролю за диоксинпроизводным загрязнением, совершенствованию методов очистки и изысканию условий и катализаторов разложения диоксинов.

Другое важное направление - это создание и внедрение безотходных технологий, строительство таких промышленных комплексов, в которых используются все исходное сырье и любые отходы предприятий. Безотходные технологии ценны сходством с процессами, происходящими в биосфере, где отходов не существует, так как все биологические выделения утилизируются различными звеньями экосистем. Примерами таких технологических процессов могут служить замкнутые циклы воздуха и воды, при которых полностью исключаются выбросы отходов в окружающую среду.

Благодаря современным исследованиям разработаны и внедряются в практику приемы, снижающие и предотвращающие загрязнение от выхлопных газов автомобилей. Частично загрязнения снижают, устанавливая в двигателях автомобилей фильтры и дожигающие устройства, исключая содержащие свинец добавки, организуя четкое движение транспорта на улицах, без частой смены режимов работы двигателей. Кардинальное решение проблемы загрязнений атмосферы автотранспортом - замена двигателей внутреннего сгорания иными. Созданы образцы газотурбинных, роторных, солнечных и иных двигателей.

Наиболее перспективные средства передвижения - электромобили. Современные их модели еще несовершенны: у них сравнительно небольшая скорость и короткий пробег без подзарядки, что не позволяет им конкурировать с современными автомобилями. Для уменьшения содержания токсических веществ в выхлопных газах автомобилей в некоторых странах переходят на другие виды топлива вместо бензина, например метан, спирт.

Важное значение в борьбе с загрязнениями атмосферы имеет озеленение городов и промышленных центров. Растения обогащают воздух кислородом. На деревьях и кустах оседает до 72% взвешенных в воздухе частиц пыли и до 60% диоксида серы. Поэтому в городских парках, скверах, садах пыли в десятки раз меньше, чем на открытых улицах и площадях.

Многие виды деревьев и кустарников выделяют фитонциды - биологически-активные вещества, убивающие бактерии. Зеленые растения регулируют микроклимат города, поглощают и снижают городской шум. 2

Для борьбы с шумом необходимо: совершенствование шумных технологических процессов на промышленных предприятиях; замена металлов в машинах и конструкциях на пластмассы, смолы, как шумопоглощающие материалы; рациональный подбор строительных материалов в промышленном и гражданском строительстве; совершенствование смазочных материалов; закладка глухих зеленых насаждений между проезжей частью магистральных улиц и жилыми зданиями (непросматриваемая зеленая полоса гарантирует шумоизоляцию до 90%); запрещение сигналов городского транспорта в жилой среде; в районах старой городской застройки необходимо разгружать улицы от транспорта, устанавливая одностороннее движение; ограничивать или даже полностью закрывать движение транспорта на улицах с большим пешеходным потоком, предназначенных для прогулок, на которых расположены больницы, интернаты и другие лечебные детские учреждения.

Среди радикальных средств борьбы с шумом можно назвать изобретение поезда на магнитной подушке, турбовентиляторных двигателей (вместо турбокомпрессорных), новых автомобильных глушителей, в которых используется явление интерференции для гашения шума. 8

Будем надеяться, что в скором времени технические выбросы будут поступать не в атмосферу, а пойдут на выращивание биомассы определенного биохимического состава. Это прорыв в решении проблемы антропогенных выбросов в атмосферу. 3

Заключение

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что дальнейшее загрязнение атмосферного воздуха Санкт-Петербурга и области пагубно скажется на экологическом состоянии воздушного бассейна в целом, и как следствие вредном воздействии на наш организм.

Для улучшения состояния воздушной атмосферы города большое значение имеют мероприятия по нейтрализации выхлопных газов: правильная эксплуатация и регулировка двигателей (она позволяет обезвредить выхлопы на одну треть), внедрение дизелей и перевод подвижного состава на газовое топливо. Объем выброса газов автотранспортом может сократиться и при вынесении за пределы городской черты транзитных грузовых потоков, которые в настоящее время еще велики (строительство кольцевой дороги вокруг Санкт_Петербурга). Для очищения воздуха в городе не менее важны экологические меры и в промышленности: полное оснащение предприятий газопылеулавливающими установками, ликвидация мелких отопительных котельных, закрытие вредных для здоровья населения производств, перебазирование предприятий из районов жилой застройки в специально выделенные промышленные зоны. Наряду с дальнейшим озеленением городской территории необходимо расширить зеленую зону вокруг Санкт-Петербурга.

Для сохранения жизни на Земле важно, чтобы каждый человек осознал, что он является не властелином природы, а ее частью.

Коль суждено дышать нам воздухом одним,

Давайте же мы все на век объединимся,

Давайте наши души сохраним,

Тогда мы на Земле и сами сохранимся.

(Н. Старшинов)

Список используемой литературы

Воронков Н.А. «Экология. Социальная, общая, прикладная». Москва, «Агар», «Рандеву-АМ», 1999 г.

Чернова Н.М. «Основы экологии. 9 класс». Москва, «Просвещение», 1997 г.

Новиков Ю.В. «Экология, окружающая среда и человек». Москва, «Гранд», 2002 г.

Алексеев С.В. «Экология Санкт-Петербурга и области». Санкт-Петербург, «Нева-Лад», 1995 г.

Ашихмина Т.Я. «Школьный экологический мониторинг». Москва, «Агар», «Рандеву-АМ», 2000 г.

Никифорова Г.П. «Экология и химия». Москва, «Наука», 1994 г.

Смирнов А.Т. «Основы безопасности жизнедеятельности. 8 класс». Москва, «Издательство АСТ», 1999 г.

Самыгин С.И. «Школа выживания. Обеспечение безопасности жизнедеятельности». Ростов-на-Дону, «Феникс», 1996 г.

Верес Л.И. «Руководство по контролю загрязнения атмосферы РД 52. 04. 186-89». Москва, 1991 г.

«Весь Петербург», 1995 г.

«Вечерний Санкт-Петербург» №100, 5 июня 1998 г.

«КП Петербург», 19 сентября 2001 г.

«Вечерний Петербург» №227, 21 сентября 2001 г.

«Биология» №21, июнь 2000 г.

«Биология» №32, август 2000 г.

«Техника молодежи», январь 2002 г.

«Жизнь и безопасность», №2-3, 1998 г.

«Экономика и жизнь. Санкт-Петербургский региональный выпуск», №47, 23 ноября 1996 г.

«Курьер» №13, 4-10 апреля 2002 г.

Размещено на Allbest.ru