Антропогенний вплив на атмосферу
Сталість складу повітря – це найважливіша умова існування людства. Тому будь-які зміни складу повітря розглядаються як забруднення, яке несе катастрофічні наслідки для всього живого на планеті.
У нормі атмосферне повітря містить наступні компоненти:
- Азот – 78%; Кисень – 20%; Аргон – 0,9%; Вуглекислий газ – 0,03%; Озон – менше 0,001%.
Співвідношення між основними компонентами повітря в процесі розвитку цивілізації істотно не змінилося, проте в період промислової та науково-технічної революцій збільшився обсяг емісії в атмосферу газів і аерозолів техногенного походження.
Розвиток сучасної економічної бази міст супроводжується: підвищенням концентрації, кооперування, комбінування та інтенсифікації виробничого процесу промислових підприємств.
Наслідком стрімкого зростання виробництва, що характеризується багатовідходною технологією, є багатокомпонентне забруднення атмосфери.
Масштаби забруднення вельми значні:
- Викид вуглекислого газу становить 20 млрд. т/рік (приблизно 0,7% вуглекислого газу, що міститься в атмосфері); Викид двоокису сірки – 200 млн т/рік (більш ніж в 2 рази перевищує природне надходження в атмосферу сірки у формі газоподібних сполук); Викид фреонів – 1 млн т/рік; Викид свинцю – 0,4 млн т/рік (більш ніж на 2 порядки перевищує надходження з природних джерел).
За останні 100 років викиди:
- Вуглекислого газу в атмосферу зросли в 30 разів; Свинцю – в 20 разів; Двоокису сірки – в 15 разів.
Джерела забруднення атмосфери можуть бути:
- Природні (виверження вулканів, лісові пожежі, розкладання живих організмів); Штучні (промисловість, транспорт, ЖКГ).
В останні десятиліття антропогенні фактори забруднення повітря стали значно перевищувати за масштабами природні. Наприклад, техногенне надходження в навколишнє середовище широко використовуваних у виробництві та побуті хімічних сполук (більше 100 тис. З 3 млн відомих) в 10-100 разів перевищує їх природне надходження при вулканізації і вивітрюванні гірських порід.
Якщо всі вулкани Землі щорічно викидають на поверхню близько 3 млрд. тон речовини, то людина дістає із земних надр понад 120 млрд. тон різних:
- Руд; Горючих копалин; Будівельних матеріалів.
Основними джерелами забруднень атмосфери є:
- Енергетика; Автомобільний і авіаційний транспорт; Підприємства чорної і кольорової металургії; Підприємства хімічної та нафтохімічної промисловості.
Причому значимість тих чи інших джерел забруднення повітря на різних територіях змінюється в залежності від:
- Рівня науково-технічного прогресу; Стратегії взаємодії техніки і природи; Рівня благоустрою населених місць; Інших соціально-економічних факторів.
Основними інгредієнтами забруднення атмосфери є:
- Оксиди вуглецю, азоту та сірки; Феноли; Формальдегід; Вуглеводні; Зважені частинки (пил).
За агрегатним станом викиди шкідливих речовин в атмосферу класифікуються на:
- Газоподібні (діоксид сірки, оксиди азоту, оксид вуглецю); Рідкі (кислоти, луги, розчини солей); Тверді (канцерогенні речовини, свинець та його сполуки, органічний та неорганічний пил, сажа, смолисті речовини).
Забруднюючі речовини, викинуті в атмосферу можуть:
- Осідати під дією сили тяжіння; Фізично захоплюватися осідаючими частками (туманами і опадами) і надходити в літо – та гідросферу; Включатися в біосферний кругообіг відповідних речовин (вуглекислий газ, пари води, оксиди сірки та азоту); Змінювати свій агрегатний стан (конденсуватися, випаровуватися, кристалізуватися, вступати в хімічні реакції з іншими забруднювачами); Перебувати в атмосфері відносно тривалий час, переносячись повітряними потоками в різні географічні області планети до тих пір, поки не створяться умови для їх фізичної або хімічної трансформації (наприклад, фреони).
Приведені дані про кількість найбільш поширених викидів показують, що їх переважна частина припадає на промислово розвинені країни Північної Америки та Європи і в меншій мірі Азії.
Росія не є основним постачальником забруднюючих речовин в атмосферу в порівнянні з промислово розвиненими країнами. Зокрема, її внесок становить:
- По діоксиду сірки – 12% (США – 21%); Оксидів азоту – близько 6% (США – більше 20%); Оксиду вуглецю – 10% (США – 70%).
Наявність підприємств, які виділяють шкідливі викиди, навіть при високій ефективності очисних установок, які нейтралізують до 95% забруднюючих речовин, істотно впливає на стан атмосферного повітря населених місць. Так, у сільській місцевості забрудненість атмосфери в 10 разів, а в промислових містах – в 150 разів вище, ніж над океаном.
В останні роки дещо змінилася структура забруднення атмосферного повітря за інгредієнтами. Не можна не звернути увагу на збільшення відсотка проб атмосферного повітря, які перевищують ГДК по бенз(а) пірену, який склав в середньому по Україні і Росії в 1999 році 11,31% (у 1998 році – 7,3%), і на 3, 21% вище 5 ГДК (у 1998 р – 2,5%).
Особливо значний відсоток проб атмосферного повітря, які перевищують ГДК по даній речовині, на автомагістралях в зоні житлової забудови (17,96%).
В Росії існує мережа моніторингу якості повітря, яка включає 710 станцій в 260 містах країни. Спостереження ведеться за:
- Завислими речовинами; Оксидами азоту; Оксидом вуглецю; Формальдегідом.
Встановлено, що середні за рік концентрації будь-якої з речовин, за вмістом яких ведуться регулярні спостереження, перевищували ГДК в 187 містах світу.
Так концентрації:
- Завислих речовин перевищували ГДК в 71 місті; Діоксиду азоту в 93; Бензапірену – в 39; Формальдегіду – в 96 містах.
При цьому розподіл різних забруднювачів по містах відбувається нерівномірно. Так, у Москві пріоритетними забруднювачами атмосферного повітря є: двоокис азоту, оксид вуглецю і формальдегід, а в Магнітогорську – двоокис азоту, сірчистий ангідрид, окис вуглецю.
Забруднення повітря має різноманітні шкідливі наслідки.
Впливу його можуть бути різні, залежно від виду забруднювача, концентрації його в повітрі, тривалості і періодичності впливу.
Несприятливу дію речовин, які володіють токсичними властивостями, при проникненні в організм людини може проявлятися у вигляді гострих або хронічних отруєнь та іншого роду захворювань. Крім того, речовини з генетичною активністю можуть виявитися причиною вроджених вад і дефектів розвитку.
Забруднення атмосфери знижує продуктивність і плодючість домашніх і диких тварин, птахів. Випадаючи на грунт і у водойми, шкідливі домішки, забруднюючи атмосферу, ведуть до знищення рослинності.
Під дією атмосферного забруднення відбувається руйнування:
- Будівель і споруд; Пам’яток історії; Архітектури; Пам’яток культури і мистецтва.
У багатьох промислово розвинених країнах економічний збиток від забруднення навколишнього середовища становить 3-5% валового національного продукту. Так, наприклад, в США річний матеріальний збиток, обумовлений забрудненням атмосфери міст, оцінюється в 24 млрд. доларів.
Забруднення атмосферного повітря, крім локальних ефектів, є причиною наслідків глобального масштабу. Кислотні дощі, глобальне потепління, порушення озонового шару Землі викликані забрудненням атмосферного повітря.
Так найбільш відомим газом, вміст якого в атмосфері різко змінювалося за останні 150 років, є діоксид вуглецю, він же вуглекислий газ, який відноситься до парникових газів, тобто газів, які створюють в атмосфері умови, що затримують інфрачервоні промені, в результаті чого нагріваються поверхню Землі і нижній шар атмосфери.
Кількість діоксиду вуглецю в атмосфері при сучасних темпах споживання викопного палива подвоюється кожні 23 роки, що може призвести до потепління клімату на 1°С до 2025 року і на 3°С до кінця наступного століття.
Іншим газом у складі атмосфери, який впливає на парниковий ефект на планеті, є метан.
Основною природного причиною утворення метану є діяльність низки бактерій, які розкладають вуглеводи на метан. Це відбувається, насамперед, на болотах і в травному тракті тварин.
Антропогенне утворення метану відбувається:
- В купах компосту; На звалищах; На рисових полях (скрізь, де вода і бруд ізолюють останки рослин від доступу повітря); При видобутку викопного палива.
Крім діоксиду вуглецю і метану, до парникових газів відносяться:
- Фреони; Оксид азоту; Озон; Пари води.
Всі ці сполуки присутні в атмосфері майже весь період її існування, але у вкрай незначній кількості. Різке ж зростання їх концентрації в атмосфері відзначається в останні сто років.
На міжурядовій мадридській конференції в 1995 році ООН проголосила глобальне потепління науковим фактом. Стурбованість світового співтовариства даною проблемою привело до розробки та прийняття міжнародної Конвенції зі зміни клімату.
У грудні 1997 року в Кіото (Японія) на конференції було підписано Протокол до Конвенції, що встановив для держав-учасниць кількісні зобов’язання щодо скорочення викидів діоксиду вуглецю.
Так:
- Члени Європейського союзу і Швейцарія мають до 2012 років знизити викиди на 8%; США – на 7%; Японія – на 6% відносно базового 1990
Протокол передбачає систему квот на викиди тепличних газів. Тому переговори з питання скорочення йдуть дуже складно. Такі країни, як Індія і Китай, що вносять значний внесок у забруднення атмосфери тепличними газами, не підписали угоду. Джордж Буш відмовився підписати Кіотський протокол, при тому що США викидають вуглекислого газу в атмосферу втричі більше, ніж усі країни Західної Європи.
Основною перешкодою на шляху міжнародної взаємодії з питання запобігання “парникового ефекту” є наукова невизначеність. Оскільки багато видатних вчених, наприклад академік А. П. Капіца, наполягають на тому, що ніякого потепління немає, а насправді триває тривалий льодовиковий період і на нього накладаються більш короткі кліматичні цикли потепління.
Крім того, підписання Кіотського протоколу тягне за собою серйозні економічні наслідки – згортання забруднюючих виробництв.
Тим не менш, факт залишається фактом – за останні сто років середньорічна температура піднялася більш ніж на півградуса. У доповіді ООН під назвою “Кліматичні зміни 2001: наслідки, адаптація та вразливість” передбачається, що протягом нинішнього століття середня глобальна температура підвищиться на 5,8°С.
В останні десятиліття велику увагу вчених привертають простори в озоносфері з пониженим вмістом озону. Це явище представляє собою складну екологічну проблему, яка полягає у виснаженні озонового шару Землі.
Відомо, що озоновий шар знаходиться на висоті від 10 до 50 км і захищає земну поверхню від сонячного випромінювання високої енергії (УФ-променів), надлишок якої згубний для живих істот.
Загальна кількість озону в атмосфері невелика, тим не менш, це один з найбільш важливих її компонентів. Завдяки озону ультрафіолетова сонячна радіація в шарі між 15 і 40 км над земною поверхнею послаблюється приблизно в 7000 разів.
Зменшення “товщини” озонового шару призводить до збільшення кількості ультрафіолетового випромінювання, що досягає поверхні Землі, і порушення теплового балансу планети.
Надлишок ультрафіолету згубний для живих істот.
Так, наприклад, встановлено, що збільшення дози ультрафіолетового випромінювання на 1% призводить до збільшення ракових захворювань на 2%. Крім того, зменшення вмісту в атмосфері озону і збільшення УФ-випромінювання може бути причиною:
- Катаракти очей; Ослаблення імунної системи людини; Зниження ефективності вакцинації проти інфекційних захворювань.
Однією з головних причин виснаження озонового шару Землі є забруднення атмосфери за рахунок викидів в неї фреонів, які широко застосовуються в побуті як хладоагентів, піноутворювачів і розчинників в аерозольних упаковках.
Ці газоподібні речовини піднімаються, не розкладаючись, до висоти озонового шару, де вони піддаються фотохімічному розкладанню з утворенням окису хлору, який інтенсивно руйнує озон.
Крім фреонів, серйозним каталізатором розкладання озону є оксиди азоту.
Продукти неповного згоряння органічного палива надзвукових літаків і космічних апаратів також руйнують озоновий шар. За рахунок них руйнується до 10% озонового шару атмосфери. Тільки один запуск космічного корабля “Шаттл” призводить до руйнування приблизно 10 млн. тон озону.
Широко відомий нині термін “кислотні дощі” з’явився в 1872 році, його ввів у практику англійський інженер Роберт Сміт, який опублікував книгу “Повітря і дощ: початок хімічної кліматології”. Найбільш глибоко науковими дослідженнями кислотних дощів стали займатися тільки в кінці 60-х років 20-го століття.
Відомо, що при нормальному природному складі повітря звичайна дощова вода має слабокислу реакцію (рН = 5,5 … 5,6). Підкислені атмосферні опади (pH нижче 5,5) виникають через підвищений вміст в повітрі, в першу чергу, оксидів сірки та оксидів азоту, які, взаємодіючи з парами води, утворюють соляну, азотну і сірчану кислоти.
Відомий також “синдром кислотних частинок”, при якому спостерігається осідання твердих частинок сульфатів або нітратів у грунт з подальшим їх розчиненням у воді з утворенням кислот.
В результаті попадання кислотних дощів (або снігу, туману, граду) в поверхневий шар грунту та водойми розвивається підкислення, яке призводить до:
- Деградації екосистем; Загибелі окремих видів риб та інших водних організмів; Позначається на родючості грунтів; Зниженні приросту лісів і їх всиханні.
Так, проведені в Європі дослідження показують, що за останні 10 років швидкість росту багатьох вічнозелених рослин сповільнилася на 20-30%.
Яскравим прикладом негативного впливу кислотних опадів на природні екосистеми є закислення озер. Особливо інтенсивно воно відбувається в:
- Канаді; Швеції; На півдні Фінляндії.
Пояснюється це тим, що значна частина викидів сірки в таких промислово розвинених країнах випадає саме на їх території, а корінні породи, які складають ложе озер в цих країнах, зазвичай представлені гранітами, які не здатні нейтралізувати кислотні опади, на відміну, наприклад, від вапняків, які створюють лужне середовище і перешкоджають закисленню.
У підсумку, тільки в Канаді через часті кислотні дощів вже стали мертвими 4000 озер.
Найбільший збиток від кислотних опадів спостерігається в лісах з глинистими грунтами, з яких кислі води вимивають іони алюмінію, які через кореневу систему надходять в деревину і далі діють як клітинні отрути.
У нормальних же умовах з’єднання алюмінію практично нерозчинні і тому нешкідливі. За такою ж схемою при підкисленні середовища починається дія інших токсичних елементів, у тому числі ртуті та свинцю.
Кислотні опади прискорюють процеси корозії металів і руйнування будівель. Встановлено, що в промислових районах сталь іржавіє в 20 разів, а алюміній руйнується в 100 разів швидше, ніж у сільських Районах.
(2 votes, average: 3.00 out of 5)