Влияние загрязнения атмосферного воздуха на человека, животный и растительный мир

Рис. 4. Строение атмосферы

из космического пространства радиацию и вредные ультрафиолетовые лучи, возвращает их обратно, не позволяя пробиться к земной поверхности.

Рассматривая различные  экологические функции атмосферы Земли, можно сделать однозначный вывод, что жизнь на Земле без этой воздушной оболочки была бы невозможна.

2. Основные требования к качеству атмосферного воздуха

Атмосфера является газовой  оболочкой земли и состоит  из механической смеси невзаимодействующих  между собой газов – азота ( 78,08% ) газов, кислорода ( 20,95% ), аргона ( 0,93% ), углекислого газа ( 0,03% ), водорода, неона, гелия и др.

Атмосферный воздух в городских и сельских поселениях, на территориях промышленных организаций, а также воздух в рабочих зонах производственных, жилых и других помещениях не должен оказывать вредное воздействие на человека.

Критерий безопасности атмосферного воздуха в городских и сельских поселениях, на территориях промышленных организаций, в местах постоянного  или временного пребывания человека, в  том числе предельно допустимые концентрации химических, биологических  веществ и микроорганизмов в  воздухе, устанавливаются санитарными  правилами.

Гигиенические нормативы  должны обеспечивать физиологический  оптимум для жизни человека и, в связи с этим, к качеству атмосферного воздуха предъявляются высокие требования. В связи с тем, что кратковременные воздействия не обнаруживаемых по запаху вредных веществ могут вызывать функциональные изменения в коре головного мозга и в зрительном анализаторе. С учетом вероятности длительного воздействия вредных веществ на организм человека были выведены значения среднесуточных предельно допустимых концентраций ( ПДКсс ) и максимально разовых предельно допустимых  концентраций ( ПДКмр ).

Таким образом, для каждого вещества установлено два норматива: Максимально разовая предельно допустимая концентрация ( ПДКмр ) ( осредненная за 20-30 мин ) с целю предупреждения рефлекторных реакций у человека и среднесуточная предельно допустимая концентрация ( ПДКсс ) с целью предупреждения общетоксического, мутагенного, канцерогенного и другого действия при неограниченном длительном дыхании.

Разработаны также значения предельно допустимых концентраций веществ  в воздухе рабочей  зоны ( ПДКрз ). Значение ПДКрз, должно быть таким, чтобы не вызывать у работников при ежедневном дыхании в течение 8 часов заболеваний или не приводило к ухудшению состояния здоровья в отдаленные сроки. Рабочей зоной считаеся пространство от 2 метров высотой, где размещается место постоянного или временного пребывания работающих.

Органы государственной  власти РФ, органы государственной  власти субъектов РФ органы местного самоуправления, граждане, индивидуальные предприниматели, юридические лица в соответствии со своими полномочиями обязаны осуществлять меры по предотвращению и снижению загрязнения атмосферного воздуха в городских и сельских поселениях, воздуха в местах постоянного  или временного пребывания человека, обеспечению соответствия атмосферного воздуха в городских и сельских поселениях, воздуха в местах постоянного  или временного пребывания человека согласно санитарным правилам.

3. Природный химический состав атмосферы 

Необходимость изучения химического  состава атмосферы вызвана тем, что, зная природный состав атмосферного воздуха легко установить присутствие  в нем посторонних примесей и  рассматривать их как ингредиенты, загрязняющие атмосферу.

Природный химический состав атмосферного воздуха следующий:

В порядке убывания от тысячных до миллионных долей следуют следующие  компоненты: неон, гелий, криптон, водород, ксенон, озон, радон. В очень небольших  количествах в состав природного воздуха входят также N2O, СО, SO2, H2S, NН3, СН4, формальдегид, мельчайшая пыль самого различного происхождения. Присутствие  природных примесей в земной атмосфере  нельзя рассматривать как загрязнения, т.к. они являются постоянными компонентами атмосферы, а их содержание обычно в  сотни и тысячи раз меньше ПДК, поэтому они не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду.

Если бы в атмосфере протекали  необратимые физико-химические процессы, то это могло бы привести к быстрому изменению ее состава.

В действительности же изменение состава  атмосферы Земли за время развития человеческого общества остается практически  неизменным. Это происходит вследствие непрерывного круговорота веществ  в природе.

Круговорот веществ в природе  носит довольно сложный характер, охватывая животный и растительный мир, гидросферу, геосферу и атмосферу. Интенсивная циркуляция, накопление и трансформация веществ в  природе происходит в основном в  нижних слоях атмосферы, т.е. в биосфере. К главным циклам биосферы относят  биогеохимические циклы углерода, азота, кислорода и воды. Поведение этих газов в атмосфере различно и  зависит, главным образом, от распределения  их зон выделения и поглощения. На круговорот веществ существенное влияние оказывает загрязнение  атмосферы.

Химический состав атмосферы                                                  Таблица 1                                                                                                                     

Газ		Объемное содержание, %
Водород H2		~ 2·10–5
Кислород O2		21
Озон O3		~ 10–5
Азот N2		78
Углекислый газ CO2		3·10–5
Водяной пар H2O		~ 0,1
Угарный газ CO		1,2·10–4
Метан CH4		1,6·10–4
Аммиак NH3		~ 10–5
Двуокись серы SO2		~ 5·10–9
Гелий He		5·10–4
Неон Ne		1,8·10–3
Аргон Ar		0,9
Криптон Kr		1,1·10–4
Ксенон Xe		8,7·10–6
Средняя молекулярная масса 28,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Экологические  проблемы загрязнения атмосферного воздуха

2.1 Причины загрязнения  атмосферного воздуха

Проблема загрязнения  атмосферы возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на каменном угле, а затем на нефти. В течение почти двух столетий задымление воздуха носило местный  характер. Дым и копоть относительно редких фабричных и паровозных труб почти полностью рассеивались на большом пространстве. Но быстрый  и повсеместный рост промышленности и транспорта в нынешнем столетии привел к такому увеличению объема и токсичности выбросов, которые  уже не могут быть «растворены» в  атмосфере до безвредных для природной  среды и человека концентраций. В  кернах льда, взятых для анализа  с различных глубин ледниковых щитов  Гренландии и Антарктиды, фоновое  содержание различных примесей (сера, свинец и т. п.) оставалось почти неизменным до начала XX в. За 100 последних лет  оно возросло втрое, отражая интенсификацию современного загрязнения атмосферы  техногенными выбросами. Исходя из этого можно с уверенностью сказать что главной причиной загрязнения атмосферы является деятельность человека связанная с бурным ростом промышленности с начала ХХ века. 

Общий современный уровень  техногенного загрязнения атмосферы  достигает порядка 1 млрд. т аэрозолей  и газовых выбросов (без С02) и 300—500 млн. т пыли. Эти количества составляют пока малую часть всей массы атмосферы. Но следует помнить, что интенсивность  загрязнения возрастает, а основная масса загрязнителей сосредоточена  в самых нижних слоях атмосферы, концентрируясь в районах скопления  промышленности и транспорта. Содержание загрязнителей в атмосфере над  городом примерно в 15 раз выше, чем  в сельской местности, и в 150 раз  выше, чем над океаном. С учетом этих обстоятельств на Земле немало мест, где загрязнение воздуха  создает угрозу нормальному функционированию экосистем и здоровью человека.

 

2.2 Источники  загрязнения атмосферного воздуха 

Источники загрязнения атмосферы могут быть естественными (природными) и искусственными (антропогенными), главным образом техногенными. К первым относятся извержения пепла и газов вулканами, лесные и степные пожары, насыщенные солями морские брызги и туманы, пыль с эродированных почв и тонкий песок пустынь, растительная пыльца, микроорганизмы, выделения животных, а также космическая пыль. В норме природные источники не вызывают сколько-нибудь существенных, качественных изменений воздуха. Однако в катастрофических случаях, и они могут оказаться причиной весьма серьезных загрязнений атмосферы. Например, вулкан Кракатау близ острова Ява при извержении в 1883 г. выбросил такие количества пепла и пыли, которые создали своеобразный светозащитный экран вокруг Земли и тем самым несколько уменьшили интенсивность солнечной радиации у ее поверхности, вызвав небольшое изменение теплового баланса планеты. Заметный, хотя и местный, эффект могут иметь крупные и длительные пожары и пыльные бури, которые представляют собой разновидность суховея, отличающаяся сильным ветром, переносящая на большие расстояния огромные массы частиц почвы и песка. Пыльные или песчаные бури засыпают сельскохозяйственные угодья, здания, сооружения, дороги и т. п. слоем пыли и песка, достигающим нескольких десятков сантиметров. При этом площадь, на которой выпадает пыль или песок, может достигать сотен тысяч, а иногда миллионов квадратных километров.

В разгар пыльной бури воздух бывает так насыщен пылью, что видимость  ограничивается тремя – четырьмя метрами. После такой бури нередко  там, где зеленели всходы, расстилается пустыня. Песчаные бури – не редкость на бескрайних просторах Сахары, величайшей пустыни мира. Обширные пустынные  области, где также случаются  песчаные бури, есть в Аравии, Иране, Средней Азии, Австралии, Южной Америке  и в других районах мира. Песчаная пыль, поднимаемая высоко в воздух, затрудняет полеты самолетов, покрывает тонким слоем палубы кораблей, дома и поля, дороги, аэродромы. Выпадая на воду океана, пыль погружается в его глубины и осаждается на океаническом дне.

Пылевые бури не только вздымают огромные массы песка и пыли в тропосферу – наиболее «беспокойную» часть  атмосферы, где постоянно дуют сильные  ветры на разных высотах (верхняя  граница тропосферы в экваториальной зоне находится на высотах примерно 15–18 км, а в средних широтах  – 8–11 км). Они перемещают по Земле  колоссальные массы песка, который  может перетекать под действием  ветра наподобие воды. Встречая небольшие  препятствия на своем пути, песок  образует величественные холмы, называемые дюнами и барханами. Они имеют  самую разнообразную форму и  высоту. В пустыне Сахаре известны дюны, высота которых достигает 200–300 м. Эти гигантские волны песка  на самом деле перемещаются на несколько  сотен метров в год, медленно, но неуклонно наступая на оазисы, засыпая  пальмовые рощи, колодцы, поселения.

Рис.5. Пыльная буря

Даже неприметная растительная пыльца может вызвать аллергические заболевания. 
Главными источниками загрязнения атмосферы являются промышленные, транспортные и бытовые выбросы. Промышленность до недавнего времени была основным источником загрязнения атмосферы. Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным. При этом выделяются механические загрязнители — разного размера несгоревшие частицы, пыль, зола, сажа. Их количество зависит от конструкции топки, качества топлива и эффективности работы дымоуловителей. Некогда безраздельно господствовавшие в небе городов пыль, сажа, зола и другие механические загрязнители сегодня уступили первенство химическим, потому что первых стало несколько меньше, а вторых намного больше. Но и сейчас, например, в Нью-Йорке, Токио, Русском промышленном бассейне и в некоторых других индустриальных районах выпадает свыше 1 т пыли на 1 км2 за сутки, а максимальные загрязнения в десятки раз превышают санитарные нормы. Выбросы оседают на городскую территорию, особенно при антициклонах . Задымленность индустриальных центров во многих районах мира по-прежнему остается серьезной проблемой, хотя в ряде крупных городов ее удалось почти полностью (Москва, Питтсбург) или частично (Лондон, Амстердам, Вена) разрешить.

        Источники  загрязнения атмосферы                     Таблица 2                               

             

Главный химический загрязнитель атмосферы — сернистый газ (S02), выделяющийся при сжигании каменных углей, сланцев, нефти и ее производных, при выплавке меди, производстве серной кислоты и при других промышленных процессах. Некоторые угли с высоким содержанием серы дают до 1 т сернистого газа на 10 т сгоревшего угля. Сернистый газ быстро распространяется в воздухе на значительные расстояния.

Металлургические заводы выбрасывают в воздух угарный  газ, оксиды железа, меди и других металлов. Алюминиевая промышленность загрязняет атмосферу и местность вокруг заводов токсичными фтористыми соединениями. 
Под воздействием интенсивного солнечного облучения поступающие от промышленных и транспортных источников вещества могут вступать в реакции друг с другом, образуя высокотоксичные соединения. Это явление получило название фотохимического смога, который представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или   - 9 - очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота  в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. Вместе с тем конечный результат химических реакций может быть и прямо противоположным: взаимная нейтрализация исходных токсичных веществ в