Хімічне забруднення атмосфери

Деякі хімічні  елементи радіоактивні: їх мимовільний  розпад і перетворення в елементи з іншими порядковими номерами супроводжується випромінюванням. При розпаді радіоактивної речовини його маса з часом зменшується. Теоретично вся маса радіоактивного елемента зникає за нескінченно велику годину. Годину, після закінчення якого маса зменшується удвічі, називається періодом напіврозпаду. Для різних радіоактивних речовин період напіврозпаду змінюється в широких межах: від декількох годин (у 41 Ar він рівний 2 ч) до декількох мільярдів літ (238U - 4,5 млрд. літ)

Боротьба з  радіоактивним забрудненням середовища може носити лише попереджувальний характер, оскільки не існує ніяких способів біологічного розкладання і інших механізмів, що дозволяють нейтралізувати цей вид зараження природного середовища. Найбільшу небезпеку представляють радіоактивні речовини з періодом напіврозпаду від декількох тижнів до декількох років: цього годині достатньо для проникнення таких речовин в організм рослин і тварин.

Розповсюджуючись  по харчовому ланцюгу (від рослин до тварин), радіоактивні речовини з продуктами харчування поступають в організм людини і можуть нагромаджуватися в такій кількості, яку здатний нанести шкода здоров'ю людини.

При однаковому рівні забруднення середовища ізотопи  простих елементів (14С, 32З, 45Са, 35S, 3Н  і ін.) є основними доданками живої речовини (рослин і тварин), більш небезпечні, ніж радіоактивні речовини, що рідко зустрічаються, слабо що поглинаються організмами.

Найбільш небезпечні серед радіоактивних речовин 90 Sr м 137Сs утворюються при ядерних  вибухах в атмосфері, а також поступають в оточуючу середовище з відходами атомної промисловості. Завдяки хімічній схожості з кальцієм 90Sr легко проникає в кісткову тканину хребетних, тоді як 137 Cs нагромаджується в м'язах заміщаючи калій.

Випромінювання  радіоактивних речовин надають наступну дію на організм:

ослабляють  опромінений організм, уповільнюють зростання, знижують опірність до інфекцій і імунітет організму;

зменшують тривалість життя, скорочують показники природного приросту через тимчасову або  повну стерилізацію;

різними способами вражають гени, наслідки якого виявляються в іншому або третьому поколіннях;

надають кумулятивну (що нагромаджується) дію, викликаючи необоротні ефекти.

Тяжкість наслідків  опромінювання залежить від кількості  поглиненої організмом енергії (радіації), що випромінює радіоактивною речовиною. Одиницею цієї енергії служити 1 ряд - це доза опромінювання, при якій 1 г живої речовини поглинає 10-5 Дж енергії.

Встановлено, що при дозі, що перевищує 1000 радій, людина гине; при дозі 7000 і 200 радій смертельний результат наголошується в 90 і 10% випадків відповідно; у разі дози 100 рада людина виживає, проте значно зростає вірогідність захворювання раком, а також вірогідність повної стерилізації.

Найбільше забруднення  радіоактивного розпаду викликали  вибухи атомних і водневих бомб, випробування яких особливо широко проводилося в 1954-1962 рр. В до 1963 р., коли був підписаний Договір про заборону випробувань ядерної зброї в атмосфері, в космічному просторі і під водою, в атмосфері вже знаходилися продукти вибуху загальною потужністю понад 170 Мт (це приблизно потужність вибуху 85000 бомб, подібних скиненій на Хіросіму).

Другу джерело  радіоактивних домішок - атомна промисловість. Домішки поступають в оточуючу середовище при здобичі і збагаченні викопної сировини, використовуванні його в реакторах, переробці ядерного пального в установках.

Найсерйозніше забруднення середовища пов'язано  з роботою заводів по збагаченню і переробці атомної сировини. Велика частина радіоактивних домішок  міститься в стічних водах. Які збираються і зберігаються в герметичних судинах. Проте 85Кr,133 Хе і частина 131 I потрапляють в атмосферу з випарників, що використовуються для ущільнення радіоактивних відходів. Тритій і частина продуктів розпаду (90Sr, 137Cs, 106 Ru, 131 I) скидаються в річки і моря, разом з малоактивними рідинами (невеликий завод по виробництву атомного пального щорічно скидає від 500 до 1500 т води, зараженої цими ізотопами). Згідно наявним оцінкам, до 2000 р. щорічна кількість відходів атомної промисловості в США досягла 4250 т (що еквівалентно масі відходів, які могла б утворитися при вибуху 8 млн. бомб типу скиненої на Хіросіму). Для дезактивації радіоактивних відходів до їх повної безпеки необхідний годину, рівний приблизно 20 періодам напіврозпаду (це близько 640 років для 137Сs і 490 тис. років для 239 Ru). Навряд чи можна поручитися за герметичність контейнерів, в яких зберігаються відходи, протягом таких тривалих інтервалів годині.

Таким чином, зберігання відходів атомної енергетики представляється  найгострішою проблемою охорони середовища від радіоактивного зараження. Теоретично, правда, можливо створити атомні електростанції з практично нульовим викидом радіоактивних домішок. Але в цьому випадку виробництво енергії на атомній станції виявляється істотно дорожче, ніж на теплової електростанції.

Оскільки виробництво  енергії, засноване на викопному  паливі (вугілля, нафта, газ, також супроводжується  забрудненням середовища, а запаси самого викопного палива обмежені, більшість дослідників, що займаються проблемами енергетики і охорони  середовища прийшли до висновку: атомна енергетика здатна не тільки задовольняти всі зростаючі споживи суспільства в енергії, але і забезпечити охорону природного середовища і людини краще ніж це може бути здійснено при виробництві такої ж кількості енергії на основі хімічних джерел (спалювання вуглеводнів). При цьому особливу увагу слідує виділити заходам, що виключають ризик радіоактивного забруднення середовища (у тому числі і у далекому майбутньому), зокрема забезпечити незалежність органів по контролю за викидами від відомств, відповідальних за виробництво атомної енергії.

Встановлені гранично допустимі дози іонізуючої радіації, засновані на наступній вимозі: доза не повинна перевищувати подвоєного середнього значення дози опромінювання, якому людина піддається в природних умовах. При цьому передбачається, що люди добрі пристосувалися до природної радіоактивності середовища. Більш того, відомі групи людей, що живуть в районах з високою радіоактивністю, значно перевищуючій середню по земній кулі (так в одному з районів Бразилії жителі за рік одержують близько 1600 мрад, що в 10-20 разів більше звичайної дози опромінювання). В середньому доза іонізуючої радіації, одержуваної за рік кожним жителем планети, коливається між 50 і 200 мрад, причому на частку природної радіоактивності (космічне проміння) доводитися близько 25 млрд. радіоактивності гірських порід - приблизно 50-15- мрад. Слід також враховувати ті дози, які одержує людина від штучних джерел опромінювання. У Великобританії, наприклад, щорічно при рентгеноскопічних обстеженнях людина одержує близько 100 мрад. Випромінювань телевізора - приблизно 10 мрад. Відходів атомної промисловості і радіоактивних опадів - близько 3 мрад.

3.2 Охорона повітряного середовища від забруднення

Промислові  викиди негативно впливають на здоров'я людей, руйнують матеріали і обладнання, знижують продуктивність лісового і сільського господарства. Чи є шляхи охорони повітря від локального забруднення в районах скупчення міст і промислових підприємств? Так, вони є, і їх багато.

Перш за все, це перехід на безвідходні і маловідходні технології. Вони включають у себе комплекс заходів по зниженню втрат при виробництві сировини, палива й енергії; повторне використання відходів у даному чи іншому технічному процесі або безпечне повернення їх в навколишнє середовище. Створення таких технологій пов'язане з розробкою принципово нових засобів виробництва, повною перебудовою традиційної технології і т.п.

Одним з основних напрямів у розвитку безвідходної і  маловідходної технологій є утилізація викидів, комплексне використання сировини і матеріалів, створення виробництва із замкненим циклом, без викидів в атмосферу та скидання зі стічними водами особливо шкідливих речовин. Для очищення викидів споруджуються різні очисні споруди - фільтри-уловлювачі для газоподібних речовин і пилу. Багато з пристроїв для очищення викидів від токсичних газів засновані на абсорбційному чи адсорбційному принципі. Якби всі хімічні підприємства збирали відходи виробництва, вони б одержали багато тисяч тонн таких цінних речовин, як азотна і сірчана кислоти, сірчаний ангідрид, фтор і багато інших. Деяких побічних продуктів (наприклад, сірки) можна зібрати стільки, що не треба було б їх видобувати в рудниках. У виробництві кольорових металів, наприклад, використовується в середньому 1% руди, все інше йде у відходи.

До ефективних заходів оздоровлення повітряного  басейну належать винесення виробництв із найбільш шкідливими викидами за межі міст, ліквідація дрібних котелень і створення централізованих  котелень із високими трубами, широке використання газового, низькосірчистого і малозольного видів палива.

У містобудівництві планування проводять із використанням  моделювання атмосферної дифузії, забруднень повітря і повітряних течій в аеродинамічних трубах, що дозволить оптимально розмістити житлові будинки від джерел забруднення.

Для зменшення  впливу вихлопних газів від автомобілів  вживається багато заходів. У 1960-ті роки в США на автомобілях установили пристрої, які знижують викид шкідливих  речовин. Щоб відфільтрувати шкідливі речовини, сьогодні широко використовують газові нейтралізатори, при яких двигун не повинен працювати на етилованому бензині. Але зростання кількості автомашин в усьому світі та обмежене використання нейтралізаторів у країнах, що розвиваються, гальмують вирішення цієї проблеми. Мережа державної екологічної служби повинна відстежувати і приводити кількість викидів шкідливих речовин із вихлопними газами у відповідність з нормами.

Повільна їзда - один із способів скоротити викиди вихлопних газів. У деяких країнах, коли рівень забруднення стає дуже високим, від водіїв вимагається знизити швидкість або навіть взагалі забороняється їздити. Багато міст, у тому числі Афіни й Рим, вжили заходів, що обмежують рух за певних умов.

У деяких містах, щоб скоротити вуличний рух, знижені  ціни на проїзд в автобусі. В інших водіям, які за символічну плату залишають машину на стоянці, їздити на автобусі дозволяється безплатно. Є міста, де цілі дорожні смуги відведені тільки для автобусів і таксі, щоб не дати цим видам транспорту більшу свободу руху.

У Нідерландах  активно пропагується зручний вид  транспорту - велосипед. У кількох  німецьких містах велосипедистам дозволяється їхати вулицею з одностороннім  рухом у протилежному напрямі.

Перспективним напрямом є розробка екологічно чистих видів автомобільного транспорту. Запропоновано електромобілі, автомобілі на сонячних батареях, на водневому паливі та ін. Більшість із них ще недосконалі та досить дорогі. Дослідження тривають, і очікується подальший прогрес.

Ефективним  заходом природного очищення повітря в місцях його забруднення є зелені насадження. Наведемо кілька переконливих фактів. Один гектар міських зелених насаджень поглинає за 1 год. 8 кг вуглекислого газу, тобто стільки, скільки його виділяє за той самий час 200 чоловік. За підрахунками, 1 га 20-річних соснових насаджень (при щорічному прирості деревини 5 м³) поглинає за рік 9,35 т вуглекислого газу і виділяє 7,25 т кисню. Ще ефективніші дубові насадження: у них за рік на 1 га поглинається 18 т вуглекислого газу і виділяється 13,98 т кисню.

Листя багатьох дерев і кущів поглинає різні шкідливі гази, на них осідає 70% пилу й аерозолів.

При забрудненні  повітря випарами бензину, гасу та інших  легкозаймистих речовин краще висаджувати  березу карельську, вербу плакучу, клен гостролистий, дуб зимовий - вони зменшують окислюваність повітря. А такі рослини, як тополя пірамідальна, слива декоративна, айва, навпаки, підвищують окислюваність повітря. Айва є досить ефективною в районах із задимленим повітрям. Там же будуть корисними насадження білої акації, тополі канадської, шовковиці білої та ін.

Для оцінки стану  атмосфери проводиться контроль забруднення. Одиницями вимірювання  є одиниці концентрації домішок, які містяться в повітрі. В  основному визначають вагову концентрацію в міліграмах на кубічний метр.

Основним критерієм  якості повітря є гранично допустима  концентрація (ГДК) домішок в атмосфері - максимальна концентрація домішок, яка при тривалому або періодичному впливі не позначається на здоров'ї  людини і на навколишньому середовищі в цілому. ВООЗ визначила чотири рівні забруднення повітря: відсутність впливу; подразнення; хронічні захворювання; гострі захворювання. При встановленні ГДК приймають найнижчий рівень забруднення.

Гранично допустимий викид в атмосферу (ГДВ) - науково-технічний  норматив, який встановлюється за умови, що вміст забруднюючих речовин у приземному шарі повітря від джерела або їх сукупності не перевищував нормативів якості повітря для населення, а також для рослинного і тваринного світу.

Прогноз забруднення  атмосфери здійснюється з метою визначення очікуваного рівня забруднення повітря. Для цього використовують результати теоретичних і експериментальних досліджень закономірностей поширення домішок від різних джерел залежно від метеорологічних факторів.

Для отримання  інформації про стан повітряного басейну створена мережа пунктів і станцій контролю. Регулярно проводиться інвентаризація викидів - облік основних джерел забруднення атмосфери, кількості й складу викидів.

Контроль забруднення  атмосфери проводять за допомогою  дистанційного зондування. При цьому використовують спектроскопічну і лазерну апаратуру, яку встановлюють на автомашинах, літаках та супутниках.

Для визначення і реєстрації концентрації окремих  домішок в атмосферному повітрі, використовують автоматичні газоаналізатори. Вони дозволяють отримувати безперервні за часом характеристики забруднення повітря і виявляти максимальні концентрації, які не фіксуються при періодичних відбираннях проб повітря.