Антропогенное воздействие на атмосферу

Из пестицидов, которые обычно распыляют с самолетов, особенно токсичны фосфорорганические пестициды, при фотолизе которых  в атмосфере образуются продукты еще более токсичные, чем исходные соединения.

Так называемые «абразивные» частицы, к которым относятся диоксид кремния и асбесты, при респираторном проникновении в организм человека вызывают серьезные заболевания (например, силикозы). Загрязнения последнего класса, из которых наиболее важны сульфаты, нитраты и нитрозамины, являются продуктами реакций первичных загрязнителей атмосферы. Например, классы, обладающие выраженной канцерогенной активностью, нитрозамины, найдены в частности и в табачном дыме. Они образуются в атмосфере при взаимодействии аминов с оксидами азота. К потенциальным канцерогенам относят и такие широко распространенные загрязнители воздуха, как полихлорбифенилы, которые обычно добавляют к пестицидам для усиления действия ядохимикатов. Источники эмиссии некоторых важных загрязнителей атмосферы и их концентрации в промышленности и сельских регионах приведены в табл. 1.

Химические реакции загрязнителей в атмосфере

Таблица 1.

Концентрации загрязнителей атмосферы

Токсичные примеси	Источники эмиссии	Концентрация в городах мг/м3	Концентрация в сельских районах  мг/м3
Оксид углерода	Автомобильные выхлопы	5,0	0,1
Диоксид серы	Сжигание нефти	0,2	0,002
Оксид азота	Горение (окисление)	0,2	0,002
Диоксид азота	Горение (окисление)	0,1	0,001
Озон	Атмосферные фотохимические реакции	0,3	0,01
Метан	Природный газ. Процессы гниения.	3,0	1,4
Этилен	Автомобильные выхлопы	0,05	0,001
Ацетилен	Автомобильные выхлопы	0,07	0,001
Пероксиацетилнитрат (ПАН)	Атмосферное   фотоокисление олефинов	0,03	0,001
Олефины (С3—Се)	Автомобильные выхлопы	0,02	0,001
Сумма     углеводородов (кроме метана)	Автомобильные выхлопы	2,0	0,001
Аммиак	Гниение	0,010	0,005
Сероводород	Гниение	0,004	0,010
Формальдегид	Неполное сгорание	0,05	0,001

 

1.2. Основные загрязняющие атмосферу вещества

К основным загрязняющим веществам, поступающим в атмосферный воздух, относятся следующие:

• оксид углерода (CO),
• оксиды азота (NO_x), под общей формулой NO_x, обычно подразумевают сумму NO и NO₂
• диоксид серы (SO₂),
• углеводороды (C_mH_n),
• пыль.

Эти вещества составляют 98% от массы  всех остальных загрязнителей и  поэтому их называют основными.

Основные загрязняющие вещества атмосферы имеют природное и антропогенное происхождение. К природному происхождению относится: вулканизм, почвенные процессы, поверхность морей, океанов, пыльные бури, лесные пожары и др. А для оксидов азота – грозовые разряды.

К антропогенному происхождению:

Оксид углерода (СО) – самая распространенная и наиболее значительная примесь атмосферы. Основная масса выбросов СО образуется в процессе сжигания топлива – автотранспорт, ТЭС, котельные промышленность. Наиболее высокая концентрация СО наблюдается  на улицах и площадях с интенсивным движением транспорта.

СО – агрессивный газ, легко  соединяющийся с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин. При  этом ухудшается острота зрения, нарушаются функции головного мозга, деятельность сердца, легких, возникает головная боль, сонливость, нарушается дыхание. Степень воздействия СО на организм человека зависит от длительности воздействия  и содержания карбоксигемоглобина.

В атмосфере СО постепенно окисляется до СО₂.

Оксиды азота (NO_x), – образуются в процессе горения  при высокой температуре путем окисления части азота находящегося в атмосферном воздухе. Основными источниками выбросов NO_x являются автотранспорт, ТЭС, промышленные печи и др⁶.

.

Другими источниками NO_х являются промышленные предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту, анилиновые красители,  вискозный шелк и др.

При контакте оксидов азота с  водяным паром, поверхностью слизистой  образуются кислоты, что может привести к отеку легких.

Диоксид серы (SО₂). На его долю приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих от антропогенных источников. Основным источником является сжигание угля, мазута на ТЭС, в котельных, в промышленности. Другими источниками SО₂ являются металлургия, строительная промышленность, производство серной кислоты и другие виды промышленности.

Диоксид серы раздражает слизистую  оболочку рта, глаз, во рту возникает  неприятный привкус, при соединении с влагой воздуха или слизистой  образуется серная кислота.

Углеводороды (C_mH_n). Основной техногенный источник – пары бензина, метан, пентан, гексан – автотранспорт. При неполном сгорании топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих канцерогенными свойствами. Углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают головную боль, головокружение, кашель, неприятные ощущения в горле.

Основные источники образования пыли в атмосфере: строительная промышленность, ТЭС, черная и цветная металлургия, места складирования промышленных и бытовых отходов, автотранспорт, карьеры добычи полезных ископаемых, разработанные грунты и т. д. Размеры пылинок в воздухе составляют от сотых долей до нескольких десятков микрометров. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция, углерода, а также оксиды металлов.

Пыль оказывает вредное воздействие  на человека, растительный и животный мир, у людей могут возникать  специфические заболевания.

Глобальные экологические проблемы, связанные с загрязнением атмосферы.

К глобальным экологическим проблемам  в связи загрязнением атмосферы  многие ученые относят:

• нарушение озонового слоя;
• парниковый эффект:
• кислотные дожди;
• смоги.

Наибольшая концентрация молекул  озона находится в стратосфере  на высоте 20-22 км (примерно в 10 раз выше, чем у поверхности Земли) и распространяется она примерно на 5 км по высоте, этот слой и называют озоновым слоем. Если весь озон сконцентрировать в один слой, то толщина его составит ~ 2,9 мм.

Озоновый слой задерживает жесткое  ультрафиолетовое излучение, губительное  для всего живого на Земле. Оно  может вызвать большие изменения  в организмах, чем гамма-излучение, рентгеновское излучение и привести к заболеваниям иммунной системы, раку кожи, поражению сетчатки глаза и  другим заболеваниям⁷.

В настоящее время озоновый слой нарушается, таким образом, снижается концентрация озона в озоновом слое. Впервые истощение озонового слоя обнаружили в 1985 году над Антарктидой, когда над ней концентрация озона была снижена на 50%. Это пространство получило название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное нарушение озонового слоя на всей планете (концентрация озона в озоновом слое снижается в разное время года на 10-20 %, особенно над промышленными странами).

Наука до конца не установила основные причины, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное  происхождение «озоновых дыр».

По мнению большинства ученых, главными разрушителями озонового слоя являются химические вещества, объединенные термином «хлорфторуглеводороды» (ХФУ) – так называемые фреоны, а также оксиды азота (NО_х) и углерода (СО). Фреоны начали использовать в 1930-е годы в качестве хладонов в холодильных установках, затем в системах кондиционирования воздуха, для производства полимеров, дезодорантов, лаков, красок, как растворители, распылители в аэрозольных упаковках. Они нетоксичны, инертны, стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и хранении. Эти разрушители взаимодействуют с молекулой озона и разрушают ее, их называют катализаторами, так как они только своим присутствием разрушают озон, например:

О₃ + NО            О₂ + NО₂;       NО₂ + О        NО + О₂;

О₃ + Cl         ClО + О₂;        ClО + О           Cl + О₂.

В соответствии с  международными соглашениями (Венская конвенция об охране озонового слоя – 1985г., а также протоколы к этой конвенции), к которым присоединились все страны-участницы этой конвенции, должны прекратить производство и использование практически всех озоноразрушающих веществ.

Солнечная энергия проникает сквозь атмосферу, поглощается поверхностью Земли, нагревает ее и выделяется в виде инфракрасного или  теплового длинноволнового излучения. Однако некоторые газы атмосферы его задерживают, поглощают, нагреваются и тем самым нагревают атмосферу в целом. Эти газы называют парниковыми.

Парниковый эффект существует в  природе вне деятельности человека, и без него жизнь на Земле была бы невозможна. Если бы не было этого явления, на Земле наблюдались бы сильные суточные и сезонные колебания температуры.

Основным парниковым газом является углекислый газ, на его долю приходится до 60% парникового эффекта. Другими  парниковыми веществами являются  хлорфторуглеводороды, метан, оксиды азота, тропосферный озон, а также аэрозоли, пары воды.

Экологическая проблема парникового  эффекта заключается в том, что  содержание парниковых газов в атмосфере  растет в связи с антропогенной  деятельностью. В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе  поддерживалось на одном уровне, так  как его поступление равнялось  удалению. В связи с вырубкой лесов  и сжиганием ископаемого топлива  это равновесие нарушается.

В настоящее время из-за парникового  эффекта средняя температура  на нашей планете увеличилась, в  среднем на 0,6^оС. Если в дальнейшем будет сохранено существующее положение с вырубкой лесов и сжиганием топлива, то концентрация углекислого газа к 2050 году может удвоиться. Климатологи прогнозируют среднее потепление в таком случае на 1,5-4,5^оС. Такое потепление вызовет таяние полярных льдов и горных ледников, подъем уровня мирового океана (уровень мирового океана может подняться на 1,5 м), что приведет к затоплению обширных прибрежных территорий суши.

Влияние потепления также скажется на режиме осадков, по прогнозам в  северных районах их количество может  снизиться на 40%, это может привести к развитию пустынь.

Кислотные дожди. Одной из важнейших экологических проблем, с которой связано закисление природной среды, являются кислотные дожди.

Основными источниками кислотных  дождей являются промышленные выбросы диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоту.

Природные осадки имеют подкисленный характер, при отсутствии загрязнителей  рh дождевой воды равно 5,6. Кислотными называют любые осадки, кислотность которых, выше природной, т. е. при рh < 5,6. В последнее время среднее значение рh осадков составляет 4 – 4,5, а иногда оно опускается до 3 и даже ниже. Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе – рh = 2,3 (для сравнения, домашний уксус имеет рh = 2,8).

Кислотные дожди выпадают во всех промышленных районах мира и воздействуют в целом на экосистемы:

Нарушают восковой покров листьев, что делает их уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных организмов.

Выщелачивают биогенные вещества из листьев, ветвей, почв и истощают их. Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость деревьев к  засухам, болезням, загрязнением, что  приводит к еще более выраженной деградации их как природных экосистем.

Кислотные дожди выщелачивают также  из почвы токсичные металлы –  свинец, кадмий, алюминий и др., растворяют их, а впоследствии они усваиваются живыми организмами, передаются по пищевой цепи и негативно на них воздействуют. Растворенные загрязнители легко проникают в подземные и поверхностные воды.

Кислотные дожди воздействуют на почвенные  организмы, замедляют их активность, почвообразовательные процессы разложения и минерализации детрита.

Под действием кислотных дождей происходит закисление пресных вод. Особенно интенсивно происходит закисление озер в Швеции, Норвегии, Финляндии, где коренные породы, слагающие их ложе, обычно представлены гранито-гнейсами и гранитами, не способными нейтрализовать кислотные осадки, в отличие от осадочных пород, которые создают щелочную среду и препятствуют закислению. Повышение кислотности влияет на популяции различных видов рыб, приводит к гибели фитопланктона, различных видов водорослей и других его обитателей.

Кислотные дожди разрушают предметы, конструкции из металла (в городах  коррозия металла в десятки раз  быстрее происходит, чем в сельской местности), также они воздействуют на здания, сооружения, памятники архитектуры. Памятники и здания простоявшие сотни и даже тысячи лет, сейчас разрушаются и рассыпаются в крошево.