Объем выбросов загрязняющих
веществ в атмосферу от стационарных
источников на территории России
составляет около 22 – 25 млн.
т. в год.
Аэрозольное загрязнение
атмосферы
Из естественных и антропогенных
источников в атмосферу ежегодно
поступают сотни миллионов тонн
аэрозолей. Аэрозоли - это твердые
или жидкие частицы, находящиеся
во взвешенном состоянии в
воздухе. Аэрозоли разделяются
на первичные (выбрасываются из
источников загрязнения), вторичные
(образуются в атмосфере), летучие
(переносятся на далекие расстояния)
и нелетучие (отлагаются на
поверхности вблизи зон пылегазовыбросов).
Устойчивые и тонкодисперсные
летучие аэрозоли - (кадмий, ртуть,
сурьма, йод-131 и др.) имеют тенденцию
накапливаться в низинах, заливах
и других понижениях рельефа,
в меньшей степени на водоразделах.
К естественным источникам
относят пыльные бури, вулканические
извержения и лесные пожары. Газообразные
выбросы (например, SO2) приводят к
образованию в атмосфере аэрозолей.
Несмотря на то, что время пребывания
в тропосфере аэрозолей исчисляется
несколькими сутками, они могут
вызвать снижение средней температуры
воздуха у земной поверхности
на 0,1 – 0,3С0. Не меньшую опасность
для атмосферы и биосферы представляют
аэрозоли антропогенного происхождения,
образующиеся при сжигании топлива
либо содержащиеся в промышленных
выбросах.
Средний размер аэрозольных
частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу
Земли ежегодно поступает около
1 куб. км пылевидных частиц
искусственного происхождения. Большое
количество пылевых частиц образуется
также в ходе производственной
деятельности людей.
Производственный процесс выброс пыли,
млн. т/год
1.Сжигание каменного угля 93,6
2.Выплавка чугуна 20,21
3.Выплавка меди (без очистки) 6,23
4.Выплавка цинка 0,18
5.Выплавка олова (без очистки)
0,004
6.Выплавка свинца 0,13
7.Производство цемента 53,37
Основными источниками искусственных
аэрозольных загрязнений воздуха
являются ТЭС, которые потребляют
уголь высокой зольности, обогатительные
фабрики, металлургические. цементные,
магнезитовые и сажевые заводы.
Аэрозольные частицы от этих
источников отличаются большим
разнообразием химического состава.
Чаще всего в их составе
обнаруживаются соединения кремния,
кальция и углерода, реже - оксиды
металлов: желеэа, магния, марганца, цинка,
меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута,
селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома,
кобальта, молибдена, а также асбест.
Они содержатся в выбросах
предприятий теплоэнергетики, черной
и цветной металлургии, стройматериалов,
а также автомобильного транспорта.
Пыль, осаждающаяся в индустриальных
районах, содержит до 20% оксида
железа, 15% силикатов и 5% сажи, а
также примеси различных металлов
(свинец, ванадий, молибден, мышьяк,
сурьма и т.д.).
Еще большее разнообразие
свойственно органической пыли,
включающей алифатические и ароматические
углеводороды, соли кислот. Она образуется
при сжигании остаточных нефтепродуктов,
в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих,
нефтехимических и других подобных
предприятиях. Постоянными источниками
аэрозольного загрязнения являются
промышленные отвалы - искусственные
насыпи из переотложенного материала,
преимущественно вскрышных пород,
образуемых при добыче полезных
ископаемых или же из отходов
предприятий перерабатываюшей промышленности,
ТЭС. Источником пыли и ядовитых
газов служат массовые взрывные
работы. Так, в результате одного
среднего по массе взрыва ( 250-300
тонн взрывчатых веществ) в
атмосферу выбрасывается около
2 тыс. куб. м условного оксида
углерода и более 150 т. пыли.
Производство цемента и других
строительных материалов также
является источником загрязнения
атмосферы пылью. Основные технологические
процессы этих производств - измельчение
и химическая обработка шихт,
полуфабрикатов и получаемых
продуктов в потоках горячих
газов всегда сопровождается
выбросами пыли и других вредных
веществ в атмосферу.
Концентрация аэрозолей меняется
в весьма широких пределах: от
10 мг/м3 в чистой атмосфере до
2.10 мг/м3 в индустриальных районах.
Концентрация аэрозолей в индустриальных
районах и крупных городах
с интенсивным автомобильным
движением в сотни раз выше,
чем в сельской местности. Среди
аэрозолей антропогенного происхождения
особую опасность для биосферы
представляет свинец, концентрация
которого изменяется от 0,000001 мг/м3
для незаселенных районов до 0,0001
мг/м3 для селитебных территорий.
В городах концентрация свинца
значительно выше – от 0,001 до 0,03
мг/м3.
Аэрозоли загрязняют не только
атмосферу, но и стратосферу,
оказывая влияние на ее спектральные
характеристики и вызывая опасность
повреждения озонового слоя. Непосредственно
в стратосферу аэрозоли поступают
с выбросами сверхзвуковых самолетов,
однако имеются аэрозоли и
газы, диффундирующие в стратосфере.
Основной аэрозоль атмосферы –
сернистый ангидрид (SO2), несмотря на
большие масштабы его выбросов в
атмосферу, является короткоживущим газом
(4 – 5 суток). По современным оценкам,
на больших высотах выхлопные
газы авиационных двигателей могут
увеличить естественный фон SO2 на 20%.
Хотя эта цифра невелика, повышение
интенсивности полетов уже в
ХХ веке может сказаться на альбедо
земной поверхности в сторону
его увеличения. Ежегодное поступление
сернистого газа в атмосферу только
вследствие промышленных выбросов оценивается
почти в 150 млн. т. В отличие от
углекислого газа сернистый ангидрид
является весьма нестойким химическим
соединением. Под воздействием коротковолновой
солнечной радиации он быстро превращается
в серный ангидрид и в контакте
с водяным паром переводится
в сернистую кислоту. В загрязненной
атмосфере, содержащей диоксид азота,
сернистый ангидрид быстро переводится
в серную кислоту, которая, соединяясь
с капельками воды, образует так
называемые кислотные дожди.
К атмосферным загрязнителям
относятся углеводороды - насыщенные
и ненасыщенные, включающие от 1 до
3 атомов углерода. Они подвергаются
различным превращениям, окислению,
полимеризации, взаимодействуя с
другими атмосферными загрязнителями
после возбуждения солнечной
радиацией. В результате этих
реакций образуются перекисные
соединения, свободные радикалы, соединения
углеводородов с оксидами азота и серы
часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых
погодных условиях могут образовываться
особо большие скопления вредных газообразных
и аэрозольных примесей в приземном слое
воздуха. Обычно это происходит в тех случаях,
когда в слое воздуха непосредственно
над источниками газопылевой эмиссии
существует инверсия - расположения слоя
более холодного воздуха под теплым, что
препятствует воздушным массам и задерживает
перенос примесей вверх. В результате
вредные выбросы сосредотачиваются под
слоем инверсии, содержание их у земли
резко возрастает, что становится одной
из причин образования ранее неизвестного
в природе фотохимического тумана.
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.
Озоновый слой Земли
Озоновый слой Земли –
это слой атмосферы, близко
совпадающий со стратосферой, лежащий
между 7 – 8 (на полюсах), 17 –
18 (на экваторе) и 50 км над поверхностью
планеты и отличающийся повышенной
концентрацией молекул озона,
отражающих жесткое космическое
излучение, гибельное для всего
живого на Земле. Его концентрация
на высоте 20 – 22 км от поверхности
Земли, где она достигает максимума,
ничтожно мала. Эта естественная
защитная пленка очень тонка:
в тропиках ее толщина составляет
всего 2 мм, у полюсов она вдвое
больше.
Активно поглощающий ультрафиолетовое
излучение озоновый слой создает
оптимальные световой и термические
режимы земной поверхности, благоприятные
для существования живых организмов
на Земле.
Главную опасность для атмосферного
озона составляет группа химических
веществ, объединенных термином
«хлор-фторуглероды» (ХФУ), называемых
также фреонами. Механизм действия
фреонов следующий. Попадая в
верхние слои атмосферы, эти
инертные у поверхности Земли
вещества становятся активными.
Под воздействием ультрафиолетового
излучения химические связи в
их молекулах нарушаются. В результате
выделяется хлор, который при столкновении
с молекулой озона «вышибает» из нее один
атом. Озон перестает быть озоном, превращаясь
в кислород. Хлор же, соединившись временно
с кислородом, опять оказывается свободным
и «пускается в погоню» за новой «жертвой».
Его активности и агрессивности хватает
на то, чтобы разрушить десятки тысяч молекул
озона.
Активную роль в образовании
и разрушении озона играют
также оксиды азота, тяжелых
металлов (меди, железа, марганца), хлор,
бром, фтор. Поэтому общий баланс
озона в стратосфере регулируется
сложным комплексом процессов,
в которых значительными являются
около 100 химических и фотохимических
реакций. С учетом сложившегося
в настоящее время газового
состава стратосферы в порядке
оценки можно говорить, что около
70 % озона разрушается по азотному
циклу, 17 – по кислородному, 10 –
по водородному, около 2 – по
хлорному и другим и около
1,2 % поступает в тропосферу.
Нарушить экологический баланс,
как показывает жизнь, совсем несложно.
Неизмеримо сложнее восстановить его.
Озоноразрушающие вещества на редкость
стойки. Различные виды фреонов, попав
в атмосферу, могут существовать
в ней и творить свое разрушительное
дело от 75 до 100 лет.
В 1985 г. над Антарктидой
исчезла почти половина озонового
слоя, при этом появилась «дыра»,
которая через два года расползлась
на десятки миллионов квадратных
километров и вышла за пределы
шестого континента. С 1986 г. истощение
озона не только продолжалось,
но и резко усиливалось –
он улетучивался в 2 – 3 раза
быстрее, чем прогнозировали ученые.
В 1992 г. озоновый слой уменьшился
не только над Антарктидой,
но и над другими районами
планеты. В 1994 г. была зарегистрирована
гигантская аномалия, захватившая
территории Западной и Восточной
Европы, Северной Азии и Северной
Америки.
Разрушение озонового слоя –
один из факторов, вызывающих глобальное
изменение климата на нашей планете.
Последствия этого явления, названного
«парниковым эффектом», крайне сложно
прогнозировать. А ведь ученые с
тревогой говорят и о возможности
изменения количества осадков, перераспределении
их между зимой и летом, о перспективе
превращения плодородных регионов
в засушливые пустыни, повышении уровня
Мирового океана в результате таяния полярных
льдов.
Последствия разрушения озонового
слоя можно проиллюстрировать
примерами. Так, 1%-ное сокращение
озонового слоя вызывает 4%-ный
скачок в распространении рака
кожи. Вызывая рак кожи и ее
старение, ультрафиолетовые лучи
одновременно подавляют иммунную
систему, что приводит к возникновению
инфекционных, вирусных, паразитарных
и других заболеваний, к которым
относятся корь, ветряная оспа, малярия,
лишай, туберкулез, проказа и др.
Десятки миллионов жителей планеты
полностью или частично потеряли
зрение из-за катаракты – болезни,
которая возникает в результате
повышенной солнечной радиации.
Рост губительного воздействия
ультрафиолетового излучения вызывает
деградацию экосистем и генофонда
флоры и фауны, снижает урожайность
сельскохозяйственных культур и
продуктивность Мирового океана.
Загрязнение атмосферы
выбросами транспорта
Большую долю в загрязнении
атмосферы составляют выбросы
вредных веществ от автомобилей.
В 2000 г. эксплатировалось до 900 млн. автомобилей.
В настоящее время на долю
автомобильного транспорта приходится
больше половины всех вредных
выбросов в окружающую среду,
которые являются главным источником
загрязнения атмосферы, особенно
в крупных городах. В среднем
при пробеге 15 тыс. км за
год каждый автомобиль сжигает
2 т топлива и около 26 – 30
т воздуха, в том числе 4,5
т кислорода, что в 50 раз
больше потребностей человека. При
этом автомобиль выбрасывает
в атмосферу (кг/год): угарного
газа – 700, диоксида азота –
40, несгоревших углеводородов –
230 и твердых веществ – 2 –
5. Кроме того, выбрасывается много
соединений свинца из-за применения
в большинстве своем этилированного
бензина.
Наблюдения показали, что в
домах, расположенных рядом с
большой дорогой (до 10 м), жители
болеют раком в 3 – 4 раза
чаще, чем в домах, удаленных
от дороги на расстояние 50 м.
Транспорт отравляет также водоемы,
почву и растения.
Около 70 % свинца, добавленного к бензину
с этиловой жидкостью, попадает в
виде соединений в атмосферу с
отработавшими газами, из них 30 % оседает
на земле сразу за срезом выпускной
трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере.
Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности
выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация
свинца в воздухе зависит от содержания
свинца в бензине.
Исключить поступление высокотоксичных
соединений свинца в атмосферу
можно заменой этилированного
бензина неэтилированным.
Выхлопные газы ГТДУ содержат
такие токсичные компоненты, как
оксид углерода, оксиды азота,
углеводороды, сажу, альдегиды и
др. Содержание токсичных составляющих
в продуктах сгорания существенно
зависит от режима работы двигателя.
Высокие концентрации оксида
углерода и углеводородов характерны
для газотурбинных двигательных
установок (ГТДУ) на пониженных
режимах (при холостом ходе, рулении,
приближении к аэропорту, заходе
на посадку), тогда как содержание
оксидов азота существенно возрастает
при работе на режимах, близких
к номинальному (взлете, наборе высоты,
полетном режиме).