Основные загрязнители атмосферы

Минеральные ресурсы, заключенные в недрах земли и расположенные на ее поверхности (пески, глины и др.), имеют значение для народного хозяйства как источник энергии (тепловой, электрической, ядерной), как промышленное сырье для производства средств производства (горнодобывающая промышленность, металлургия, машиностроение и др.) и предметов потребления (легкая, пищевая промышленность и др.), а также как строительный материал и сырье для строительного производства. В большинстве случаев они имеют множественное значение и могут быть использованы по нескольким направлениям. Например, каменный уголь, нефть и природный газ, которые вначале использовались как топливо, сегодня являются основным сырьем для химической промышленности, т. е. сфера их применения все время расширяется, а запасы полезных ископаемых, несмотря на интенсивные геологоразведочные работы, а также успешное освоение в этих целях морского и океанического шельфа, постепенно истощаются.

Вместе с тем потребность в минеральных ресурсах непрерывно возрастает и возникает угроза их острого дефицита уже в ближайшем будущем. Данная проблема осложняется еще и тем, что интенсивное использование минерального сырья сопровождается образованием большой массы твердых отходов и промышленных выбросов на всех стадиях его добычи и переработки, т. е. на горных предприятиях, при дальней его транспортировке и переработке. В конечном итоге, величина отходов часто превышает количество получаемой продукции. Так, по некоторым данным, годовое потребление минерального сырья в мире равно 100 млрд. т, а объем отходов производства в 1970 г. составил свыше 39 млрд. т. Главная масса отходов образуется на предприятиях следующих отраслей промышленности: горнодобывающей, обогатительной и горно-химической (отвалы, шлаки, так называемые «хвосты»); черной и цветной металлургии (шлаки, шламы), машиностроения (стружка), химической (фосфотипс, пиритный огарок, отходы органических производств); лесной и деревообрабатывающей (при заготовке и обработке древесины) и др. Все указанные выше отходы существенно загрязняют и изменяют земную поверхность; особо следует отметить существенное влияние, которое оказывает на окружающую среду и, в частности, на поверхность Земли, разработка полезных ископаемых открытым и в ряде случаев — шахтным способом. Изменение лика Земли происходит уже во время разведки полезных ископаемых (заболачивание почвы при закладке скважин, пересекающих водоносные горизонты; вредные последствия сейсмической разведки). Особенно существенный вред приносит складирование пустых пород в терриконы и отвалы, ежегодный объем которых в нашей стране превышает 2,5 млрд. м3 горной массы (только в районе Курской магнитной аномалии—4 млрд. м3). В Свердловской области отвалы занимают 50 тыс. га земельных угодий, а заводы черной металлургии ежегодно дают 70 млн. т шлаков (примерно столько же шлаков и золы образуется при работе тепловых электростанций). Много твердых отходов дают и металлообрабатывающие заводы, где при обработке поковок до 40...50 % металла «уходит» в стружку. В связи с интенсификацией и механизацией сельского хозяйства возросли и твердые отходы в колхозах и совхозах (деревянная, металлическая и пластмассовая тара, изношенное оборудование и запчасти, старая резина и пр.), а рост урбанизации резко увеличил количество бытовых отходов (стекло, пластмассы, металлические изделия, бумажная упаковка и т. п.).

Представляет интерес характеристика промышленных отходов как одного из основных загрязнителей поверхности Земли.

В основной химической промышленности наибольшее количество твердых отходов дают производства минеральных удобрений и серной кислоты, что объясняется не только наличием в используемом сырье большого количества примесей, но и отсутствием на большинстве предприятий его комплексного использования. В производстве минеральных удобрений основным является переработка фосфатных руд—апатитовых и фосфоритных. В процессе обогащения апатитовых руд образуется большое количество твердых отходов в виде «нефелиновых хвостов» и пыли. Основная масса (более 90 °/о) добываемых из недр калийных солей также используется как минеральное удобрение, а при их переработке и обогащении ежегодно образуются миллионы тонн твердых галитовых отходов и сотни тысяч тонн глинисто-солевых шламов. Твердые отходы производства серной кислоты из серного колчедана — пиритные огарки, пыль и шламы ежегодно исчисляются сотнями тысяч тонн; только при обжиге серного колчедана отходы пиритных огарков достигают 70 % массы колчедана.

При производстве органических продуктов и изделий на их основе наибольшее количество отходов имеет место при нефтепереработке, коксохимии, нефтехимическом и органическом синтезах, производстве резиновых изделий, пластмасс и других полимерных материалов. Одним из наиболее распространенных отходов являются кислые гудроны — смолообразные вязкие вещества, включающие серную кислоту, воду и органические соединения, содержание которых колеблется в широких пределах (от 10 до 93 %); ежегодно их выход достигает 300 тыс. т, из которых используется лишь 25 %.

Большие массы твердых, минеральных и угольно-минеральных отходов образуются в коксохимическом, сланце - и торфоперерабатывающем производствах и при газификации топлива; кроме них образуются вязкие смоляные фусы, которые практически не используются.

Весьма значительны отходы горнодобывающей промышленности, так как при большом объеме переработки добытой горной массы (13 млрд. т в год) на полезные ископаемые приходится лишь небольшая часть этого объема; так, при добыче угля из 2 млрд. т на уголь приходится только 20 %, а остальное идет в отвалы. 

4. Энергетическое  загрязнение биосферы 

Особым видом антропогенного воздействия на окружающую природную среду является ее энергетическое загрязнение. Под этим понятием будем подразумевать выбросы в биосферу от промышленных и иных объектов различных видов энергии таких интенсивностей, которые могут быть опасны (вредны) для организма человека и животных и существенным образом отрицательно влиять на экологическую обстановку местности, региона.

В настоящее время с этой точки зрения представляют интерес следующие виды энергетического загрязнения: тепловое, электромагнитное, радиоактивное, акустическое.

Тепловое загрязнение. В настоящее время в мире за год добывается около 4 млрд. т угля, 3 млрд. т нефти и около 1500 млрд. м3природного газа—основных видов органического топлива. При сжигании этого количества топлива выделяется около 280-10'5 кДж тепла.

Крупнейший потребитель этого тепла — тепловые электрические станции. Мировая выработка электроэнергии в настоящее время оценивается цифрой порядка 8500 млрд. кВт-ч в год, в том числе на тепловых электростанциях — примерно 7750 млрд. кВт-ч, или 28-1015 кДж. С учетом того, что современные теплоэнергетические станции имеют к. п. д. не выше 0,4, потребление ими тепла может быть оценено цифрой 70-Ю15 кДж в год, т. е. 25 % от всего располагаемого. Следовательно, неизбежные потери тепла при выработке электроэнергии глобально составляют 42-Ю15 кДж в год. Этим теплом «обогревается» атмосфера и гидросфера.

Кроме того, следует учесть, что значительная часть выработанной электроэнергии, в конечном счете вновь преобразуется в тепло в электронагревательных установках, осветительных приборах и также рассеивается в окружающую среду.

Другим крупным потребителем тепла органического топлива, главным образом жидкого, являются транспортные средства — автомобили, тепловозы, морские и речные суда, самолеты. Транспортные энергетические установки, преобразующие тепло топлива в механическую энергию, имеют к. п. д. также не выше 0,4. Следовательно, и в этом случае потери тепла в окружающую среду составляют значительную цифру.

Огромное количество топлива (в том числе дрова, торф и другие, не приведенные и не учтенные выше) сжигается в нагревательных промышленных печах, топках технологических паровых котлов, сушильных и других установках, а также для обогрева жилищ и общественных зданий. Практически все это тепло рассеивается в окружающей среде.

Последствия теплового загрязнения биосферы в настоящее время изучены еще недостаточно. По оценкам ученых, тепло антропогенного происхождения в настоящее время еще неизмеримо мало по сравнению с теплом, поступающим от Солнца и из земных недр, и составляет примерно 0,005 % этого количества, и таким образом не может существенно сказаться на тепловом балансе Земли. Однако столь малая цифра не должна вызывать успокоенности.

Действительно, в глобальном масштабе тепловое загрязнение биосферы пока, видимо, не может считаться опасным. Однако мощные источники антропогенных выбросов тепла при условии их высокой концентрации на небольших территориях могут оказывать заметное влияние на тепловой режим этих территорий, пространств, акваторий. Это относится, например, к таким крупным промышленным районам, как Рурский бассейн в ФРГ, Чикагский и Лос-Анджелесский промышленные комплексы в США, ряд районов в Японии и т. д. Здесь температура воздуха зимой в крупных городах обычно на несколько градусов выше, чем поблизости расположенных небольших населенных пунктах.

Заметно также изменяют тепловой режим рек и озер сбросы в них тепла от тепловых электростанций. Это существенно влияет на условия обитания водных организмов и на структуру экологических систем таких водоемов. Иначе говоря, влияние мощных антропогенных источников тепла на биосферу вполне ощутимо, хотя и имеет локальный характер.

Электромагнитное загрязнение. Среди выдающихся достижений человечества в науке и технике XX в. особое место занимают успехи в открытии, исследовании и практическом использовании электромагнитных волн широкого диапазона частот. Электромагнитные излучения применяются для радиосвязи, радиолокации, радионавигации, в системах радиотелеметрии, а также в промышленности для высокочастотного нагрева материалов при их сушке, спекании, плавке и т. д. Передача, распространение этого вида энергии происходит в соответствии с ее назначением, в основном в атмосфере, космосе, хотя может происходить и в других средах.

На Земле естественных и стабильных источников таких излучений практически нет, а сеть искусственных, т. е. антропогенных, в настоящее время исключительно широка и неуклонно разрастается. Образное выражение о том, что в эфире стало тесно, соответствует действительности. За исключением, пожалуй, только нагревательных установок, все источники электромагнитных излучений специально предназначаются для распространения радиоволн в пространстве (атмосфере). С этой точки зрения радиоволны не могут считаться отходами производства, загрязнителями. Однако с другой точки зрения, радиоволны (электромагнитные излучения) при определенных значениях параметров (частота, интенсивность) могут оказывать вредное или даже опасное воздействие на организм человека, на население определенных территорий, отрицательно влиять на другие живые организмы. Это и позволяет отнести электромагнитные излучения определенных диапазонов параметров к одной из разновидностей энергетического загрязнения окружающей среды. В какой-то мере можно говорить и о загрязнении эфира некоторыми видами электромагнитных излучений, являющимися помехами для радиосвязи, телевидения и т. п.

Радиоактивное загрязнение. Рассеянные на Земле природные радиоактивные вещества и проникающие сквозь атмосферу космические лучи создают естественный фон радиоактивного излучения, безопасный для живых организмов. Антропогенные источники такого излучения значительно мощнее и опаснее для живой природы, поэтому можно говорить о радиоактивном загрязнении окружающей среды от этих источников.

Радиоактивное загрязнение природной среды может вызываться проникновением в нее радиоактивных веществ в достаточно большом количестве или работой специальных установок (научно-исследовательских, энергетических, медико-диагностических и др.), при которой происходит излучение электромагнитных волн (т. е. рентгеновских α -лучей). Опасность загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами возникает при добыче и обогащении их руд, погрузочно-разгрузочных работах, их перевозке и хранении. Серьезную проблему представляет также сбор, обезвреживание, удаление и захоронение радиоактивных отходов.

Опасность воздействия радиоактивных излучений на живые организмы, включая человека, заключается в ионизации жидкостей и тканей организма, сопровождающейся сложными физико-химическими и биологическими процессами, которые приводят к таким результатам, как разрывы молекулярных связей, изменение структуры молекул, гибель клеток, нарушение обмена веществ, образование злокачественных опухолей и многим другим, вплоть до смертельного исхода.

Характер такого воздействия радиоактивных (или ионизирующих) излучений на организм человека учитывался при разработке в США первых экземпляров атомной бомбы, так как наряду с огромной разрушительной силой взрыв ее неизбежно (и это было известно) сопровождается мощным губительным радиоактивным излучением и заражением. Несмотря на то что непосредственно в военных целях с 1945 г. на Земле взорвано только две небольшие по нынешним понятиям атомные бомбы (над Хиросимой и Нагасаки), причинившие тем не менее массовую гибель людей и неисчислимые бедствия, атомное оружие в настоящее время представляет реальную опасность радиоактивного заражения всей биосферы. Широко, в частности, известна трагедия жителей малых островов Бикини, а также японских рыбаков, пострадавших в мирное время от радиоактивного заражения при испытаниях ядерных бомб, проводившихся Соединенными Штатами Америки в Тихом океане.

К настоящему времени в мире накоплено столько атомного и термоядерного оружия, что при возникновении ядерного конфликта он может перерасти в глобальную катастрофу, которая погубит не только человечество, но и всю биосферу в ее современном состоянии. Эта опасность вызывает особую озабоченность мировой общественности. Наша страна и все прогрессивное человечество ведут непримиримую борьбу не только за запрещение ядерного оружия, но и за полное запрещение всех видов его испытаний.

Акустическое загрязнение. Загрязнение окружающей среды звуковой энергией в настоящее время стало также серьезной проблемой, в которой можно выделить два аспекта: городской шум и шум в местах обитания диких животных.

Городской шум при значительных его уровнях создает дискомфортные условия обитания людей, делает невозможным их полноценный отдых, вызывает неврозы и другие заболевания. Основными источниками городского шума являются: производственное оборудование промышленных предприятий и служб быта, строительная техника, городской рельсовый и безрельсовый транспорт, транспортные средства междугородных сообщений (поезда, самолеты, морские и речные суда). Наибольшую долю (до 80 %) в шумовое загрязнение городской среды вносит автомобильный транспорт.

Интенсивность движения автомобилей на основных транспортных магистралях крупных городов в часы пик исчисляется тысячами единиц в час, а создаваемый ими шум достигает таких значений, которые далеко не всегда позволяют планировочными, архитектурными и другими мероприятиями обеспечить соблюдение требований санитарных норм для территории жилой застройки и для жилых помещений. Городской шум проникает в классы и аудитории учебных заведений, в служебные помещения и зрительные залы, в палаты больниц и т. п. Такое воздействие всепроникающего шума на человека в течение многих часов, или даже круглосуточно, наносит его здоровью существенный ущерб. Тем не менее в ряде городов нашей страны имеются большие достижения в борьбе с городским шумом.