Применение дисперсионного анализа для выявления загрязнителей атмосферы в крупном городе

Введение

Глобальные экологические  проблемы современности.

Новое время человечество, с точки зрения отношений с  природной средой, начало практически  под тем же знаком, и всю свою историю – существование человеческой цивилизации по-прежнему остается крупнейшей экологической проблемой современности. Но поскольку экология – это наука  о взаимоотношении видов со средой, а в данном случае нас больше других интересует один конкретный вид –  сам человек - то оставим эту проблему без решения и перейдем к другим, пусть менее глобальным, но все-таки гораздо более поддающимся решению…

За прошедшие тысячелетия  цивилизация и технологии сделали  заметный скачок в своём развитии. Изменился вид человеческих поселений, канули в Лету языки древности, сам  внешний облик «человека разумного» изменился до неузнаваемости. Но одно в жизни человека осталось неизменным: все, что цивилизация способна собрать  в своих амбарах, складировать за высокими заборами специальных баз, распихать по полкам домашних шкафов и холодильников – все это взято из окружающей среды. И весь ритм жизни человечества, как в прошедшие эпохи, так и сегодня, определялся одним – возможностью доступа к тем или иным природным ресурсам.

За годы такого сосуществования  с природой запасы природных ресурсов заметно сократились. Правда, сама природа  позаботилась о том, чтобы обеспечить человека, вечного иждивенца, в том  числе и практически неисчерпаемой  ресурсной базой.

Природы, как и денег, много  не бывает. Не известно, что на этот счет думают все жители планеты, но их влияние на природу ощущается практически везде.

Охрана почв от человека является одной из важнейших задач, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или поздно попадают в организм человека.

Во-первых, происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоемы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд.

Во-вторых, эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоемов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека.

В-третьих, многие вредные для человеческого организма соединения имеют способность аккумулироваться в тканях, и,  прежде всего, в костях.

По оценкам исследователей, в биосферу поступает ежегодно около 20-30 млрд. т. твердых отходов, из них 50-60 % органических соединений, а в  виде кислотных агентов газового или аэрозольного характера –  около 1 млрд. т. И всё это меньше чем на 6 млрд. человек!

 

 

Химические  аспекты

Как же вещества-загрязнители литосферы попадают в почву? Различные  почвенные загрязнения, большинство  из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику поступления этих загрязнений в почву.

Атмосферными  осадками. Многие химические соединения (газы – оксиды серы и азота), попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками попадают в почву.

Осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твердые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей.

При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно влажной.

С растительным опадом. Различные вредные соединения, в любом агрегатном состоянии, поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают в почву.

Загрязнения почвы трудно классифицируются, в разных источниках их деление дается по-разному. Если обобщить и выделить главное, то наблюдается  следующая картина загрязнения  почвы:

·     мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами;

·     тяжелыми металлами;

·     пестицидами;

·     микотоксинами;

·     радиоактивными веществами.

Существуют природные  ресурсы, необходимые человечеству, как воздух. Но нет, пожалуй, такого ресурса, кроме самого воздуха, отсутствие которого становилось бы нерешимой проблемой для человека уже менее чем через минуту.

Известно, что загрязнение  атмосферы происходит в основном в результате работы промышленности, транспорта и т. п., которые в совокупности выбрасывают ежегодно «на ветер» более миллиарда твердых и  газообразных частиц.

Основными загрязнителями атмосферы  на сегодняшний день являются окись углерода и сернистый газ. Но, конечно, нельзя забывать и о фреонах, или хлорфторуглеводородах. Именно их большинство ученых считают причиной образования так называемых озоновых дырв атмосфере. Фреоны широко используются в производстве и в быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей, а также в аэрозольных упаковках. А именно с понижением содержания озона в верхних слоях атмосферы медики связывают рост количества раковых заболеваний кожи.

 

Известно, что атмосферный  озон образуется в результате сложных  фотохимических реакций под воздействием ультрафиолетовых излучений 

Солнца. Хотя его содержание невелико, его значение для биосферы огромно. Озон, поглощая ультрафиолетовое излучение, предохраняет все живое на земле от гибели. Фреоны же, попадая в атмосферу, под действием солнечного излучения распадаются на ряд соединений, из которых окись хлора наиболее интенсивно разрушает озон. 

Благодатные капли дождя  – еще один дар небес – всегда радовали человека. Но в некоторых  районах земного шара дожди превратились в серьезную опасность. Возникла сложная и трудная в своем  решении проблема кислотных дождей, которая на международном уровне была впервые поднята Швецией  на конференции ООН по окружающей среде. С тех пор она превратилась в одну из главных природоохранных проблем человечества.

Кислотные дожди губительно действуют на природу водоёмов, наносят  ущерб лесной растительности и сельскохозяйственным культурам, все эти вещества представляют определенную опасность для жизни  человека.

Третий, не менее важный фактор существования цивилизации –  водные ресурсы планеты.

На свои нужды человечество использует главным образом пресные  воды. Их объём составляет чуть больше 2% гидросферы, причём распределение  водных ресурсов по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где  проживает 70% населения мира, сосредоточено  лишь 39% речных вод. Общее же потребление  речных вод возрастает из года в  год во всех районах мира. Известно, например, что с начала нынешнего  века потребление пресных вод  возросло в 6 раз, а в ближайшие  несколько десятилетий возрастёт  еще по меньшей мере в 1,5 раза.

Недостаток воды усугубляется ухудшением её качества. Используемые в промышленности, сельском хозяйстве  и в быту воды поступают обратно  в водоёмы в виде плохо очищенных  или вообще неочищенных стоков.

Таким образом, загрязнение  гидросферы происходит, прежде всего, в результате сброса в реки, озера и моря промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод. Согласно расчетам ученых, в конце ХХ века для разбавления этих самых сточных вод может потребоваться 25 тыс. кубических км. пресной воды , или практически все реально доступные ресурсы такого стока! Нетрудно догадаться, что именно в этом, а не в росте непосредственного водозабора – главная причина обострения проблемы пресной воды.

 

 

 

 

 

Влияние атмосферы на организм человека.

Наша планета окружена воздушной оболочкой – атмосферой, которая распространяется над Землей на 1500-2000 км вверх, что составляет около 1/3 радиуса Земли. Однако эта граница  условна, следы атмосферного воздуха  обнаружены и на высоте 20000 км.

Наличие атмосферы является одним из необходимых условий  существования жизни на Земле. Атмосфера  регулирует климат Земли, суточные колебания  температуры на планете (без нее  они бы достигли 200^оС). В настоящее время средняя температура поверхности Земли равна 14^оС. Атмосфера пропускает тепловое излучение Солнца и сохраняет тепло, там образуются облака, дождь, снег, ветер. Она также играет роль переносчика влаги на Земле, является средой распространения звука (без воздуха на земле царила бы немая тишина). Атмосфера служит источником кислородного дыхания, воспринимает газообразные продукты обмена веществ, оказывает влияние на теплообмен и другие функции живых организмов. Основное значение для жизнедеятельности организма имеют кислород и азот, содержание которых в воздухе составляет соответственно 21% и 78%.

Кислород необходим для  дыхания большинства живых существ (исключение составляет лишь небольшое  количество анаэробных микроорганизмов). Азот входит а состав белков и азотистых соединений, с ним связано происхождение жизни на земле. Углекислый газ является источником углерода органических веществ – второго важнейшего компонента этих соединений.

За сутки человек вдыхает  около 12-15 м³ кислорода, а выделяет приблизительно 580 л углекислого газа. Поэтому атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей нас среды.

Необходимо отметить, что  в удалении от источников загрязнения  его химический состав  достаточно стабилен. Однако  в результате хозяйственной деятельности человека появились очаги выраженного загрязнения воздушного бассейна в тех районах, где размещены крупные промышленные центры. Здесь в атмосфере отмечают наличие различных твердых и газообразных веществ, оказывающих неблагоприятное воздействие на условия жизни и здоровье населения.

К настоящему времени накопилось много научных данных о том, что  загрязненность атмосферы, особенно в  крупных городах, достигла опасных  для здоровья людей размеров. Известно немало случаев заболеваний и  даже смерти жителей городов индустриальных центров в результате выбросов токсичных  веществ промышленными предприятиями и транспортом при определенных метеорологических условиях.

 

 

Двуокись кремния и свободный кремний, содержащиеся в летучей золе, являются причиной тяжелого заболевания легких, развивающегося у рабочих «пыльных» профессий, например, у горняков, работников коксохимических, угольных, цементных и ряда других предприятий. Ткань легких заменяется соединительной тканью, и эти участки перестают функционировать. У детей, проживающих вблизи мощных электростанций, не оборудованных пылеуловителями, обнаруживают изменения в легких, сходные с формами силикоза. Большая загрязненность воздуха дымом и копотью, продолжающаяся в течение нескольких дней, может вызвать отравление людей со смертельным исходом.

Особенно губительно действует  на человека загрязнение атмосферы  в тех случаях, когда метеорологические  условия способствуют застою воздуха  над городом.

Содержащиеся в атмосфере  вредные вещества воздействуют на человеческий организм при контакте с поверхностью кожи или слизистой оболочкой. Наряду с органами дыхания загрязнители поражают органы зрения и обоняния, а воздействуя на слизистую оболочку гортани, могут вызвать спазмы голосовых  связок. Вдыхаемые твердые и жидкие частицы размерами 0,6-1,0 мкм достигают  альвеол и абсорбируются в  крови, некоторые накапливаются  в лимфатических узлах.

Загрязненный воздух раздражает большей частью дыхательные пути, вызывая бронхит, эмфизему, астму. К раздражителями, вызывающими эти болезни, относятся SO₂  и SO₃, азотистые пары, HCl, HNO₃, H₂SO₄, H₂S, фосфор и его соединения. Пыль, содержащая окислы кремния, вызывает тяжелое легочное заболевание – силикоз. Исследования, проведенные в Великобритании, показали очень тесную связь между атмосферным загрязнением и смертностью от бронхитов.

Уличные глазные травмы, вызываемые летучей золой и другими  загрязнителями атмосферы, в промышленных центрах достигают 30-60% всех случаев  глазных заболеваний, которые очень  часто сопровождаются различными осложнениями, конъюктевитами.

Признаки и последствия  действий загрязнителей воздуха  на организм человека проявляются большей  частью в ухудшении общего состояния  здоровья: появляются головные боли, тошнота, чувство слабости, снижается или  теряется трудоспособность. Отдельные  загрязняющие вещества вызывают специфические  симптомы отравления. Например, хроническое  отравление фосфором первоначально проявляется болями в желудочно-кишечном тракте и пожелтением кожаного покрова. Эти симптомы сопровождаются потерей аппетита и замедлением обмена веществ. В дальнейшем отравление фосфором приводит к деформации костей, которые становятся все более хрупкими. Снижается сопротивляемость организма в целом.

 

СО. Бесцветный и не имеющий запаха газ. Воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему, вызывает удушье. Первичные симптомы отравления оксидом углерода (появление головной боли) возникают у человека через 2-3 часа его пребывания в атмосфере содержащей 200-220 мг/м3 СО; при более высоких концентрациях СО появляется ощущение пульса в висках, головокружение. Токсичность СО возрастает при наличии в воздухе азота, в этом случае концентрацию СО в воздухе необходимо снижать в 1.5 раза.

Оксиды  азота. NO N₂O₃ NO₅ N₂O₄ .В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO₂ – бесцветный не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они взаимодействуют с углеродами выхлопных газов и  образуют фотохимический туман - смог. Отравленный оксидами азота воздух начинает действовать с легкого кашля. При повышении концентрации NO,  возникает  сильный  кашель,  рвота, иногда головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочки оксиды азота образуют кислоты HNO₃ и HNO₂   , которые приводят к отеку легких.