Основные загрязнители атмосферы

1. Основные загрязнители  атмосферы 

Атмосфера, являющаяся составной частью биосферы, состоит из смеси газов и имеет общую массу, равную примерно 5,15∙1015 т. Около 50% всей массы атмосферы сосредоточено в слое до высоты 5,5 км и 99 % — в слое до 40 км. Она имеет явно выраженное слоистое строение. В отношении распределения температуры в вертикальном направлении она разделяется на тропосферу (над экватором до 16...18 км, над полюсами до 8...10 км), стратосферу (до 40 км), мезосферу (до 80 км), термосферу (до 800 км) и далее экзосферу, верхнюю границу которой указать трудно, так как плотность атмосферы, непрерывно убывая с высотой, постепенно приближается к плотности межпланетного вещества.

В тропосфере содержится до 80 % всей влаги, в ней наблюдаются мощные вертикальные токи воздуха, она характеризуется неустойчивостью относительной влажности, давления и температуры, которая уменьшается с высотой в среднем на 0,5...0,6 °С на каждые 100 м. Здесь развиваются физические процессы, определяющие изменение погоды и оказывающие глубокое влияние на климатические условия различных районов нашей планеты.

Стратосфера характеризуется постоянством температуры (на высоте 30 км порядка 220 К), низким содержанием влаги и малым барометрическим давлением воздуха. В мезосфере температура сначала возрастает с высотой (до 50...60 км), а затем убывает до 200...190 К (80 км). В термосфере термодинамическая температура пролетающих с большой скоростью отдельных материальных частиц (а не самого пространства) монотонно возрастает и на высоте 1100 км достигает 2300 К. Верхняя часть атмосферы состоит главным образом из атомарного кислорода и азота. На высоте 500 км молекулярный кислород практически отсутствует, а молекулярный азот доминирует над атмосферным; выше 600 км преобладает гелий, а еще выше — на высоте 2000...20 000 км — расположена водородная корона Земли. На этих высотах Земля окружена оболочкой из заряженных частиц, температура которых достигает нескольких десятков тысяч градусов. Часть водорода (несколько тысяч тонн в год) удаляется в космос. Из космоса в атмосферу Земли поступают плазменные потоки, выбрасываемые Солнцем, и космическая пыль (в год примерно 2 г на I км2). Воздушный слой, окружающий нашу планету, служит передаточной средой, через которую на Землю поступает солнечная радиация, проходят радиоволны, а также инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения.

Озон в основном сосредоточен в слое атмосферы на высоте 25...40 км и происхождение его связано с диссоциацией кислорода под воздействием ультрафиолетового излучения. Если собрать весь озон у поверхности Земли, то толщина этого слоя была бы равной всего 2...4 мм (минимум—в районе экватора, максимум—у полюсов). Однако эта условно тонкая пленка (в действительности озон рассредоточен на десятки километров) надежно защищает все живое на Земле, почти полностью поглощая ультрафиолетовые и другие опасные излучения.

Несмотря на то, что в толще атмосферы совершаются многочисленные и многообразные физические и химические процессы, наиболее важный для жизни ее приземный слой имеет практически постоянный состав и изменяется незначительно. Он является смесью постоянных (азота, кислорода, аргона и других инертных газов) и переменных (диоксида углерода, диоксида серы, озона, водяного пара) газов. Постоянные газы в общей массе превышают 99 % всего состава приземного слоя атмосферного воздуха. Переменные газы образуются как естественным, так и искусственным путем. Известно, например, что в атмосферу в течение года поступает около 150 млн. т диоксида серы. 

2. Источники и  виды загрязнения гидросферы 

Вода — основа жизни на Земле. Она входит в состав клеток и тканей и необходима для всех реакций в животных и растительных организмах. Вода является средой органической жизни, потребляется непосредственно человеком и широко используется в народном хозяйстве (промышленности, сельском и коммунальном хозяйствах), является источником дешевой электроэнергии (гидроэлектростанции) и во многом определяет климат и погоду, а сток рек изменяет рельеф земной поверхности. Почти 3/4 нашей планеты покрыто морями и океанами и в них сосредоточено около 97 % всей воды на Земле; 2 % воды находится в виде снега и льдов Антарктики и Арктики и лишь 0,01 %—это пресные воды рек, озер и прудов. Вся гидросфера земного шара имеет объем 1 млрд. 345 млн. км3 и при этом большое количество воды постоянно циркулирует над поверхностью земли; под влиянием солнечной радиации она испаряется и затем опять конденсируется и возвращается в виде снега и дождя.

В СССР свыше 100 тыс. рек, годовой сток которых составлял 4700 км3 (12 % мирового). По запасам пресной воды (31 тыс. км3) Советский Союз занимал первое место в мире, но распределены они крайне неравномерно, так как 80 % речного стока приходится на Северные и Северо-восточные - районы, сравнительно малонаселенные и с наименее развитой промышленностью.

Анализ водных ресурсов Земли показал, что в связи с непрерывным увеличением потребления возрастает угроза их истощения и вода становится дефицитом. Так, уже сегодня недостаток пресной воды испытывает 60 % населения земного шара и она — предмет экспорта в ФРГ, Алжире, США и других странах (на покупку воды США расходуют 700 млн. долларов в год).

Основная масса воды в промышленности расходуется при технологических процессах (растворение, смешивание, очищение и др.), для производства энергии и в целях охлаждения. Так, для выплавки 1 т чугуна и переработки его в сталь и прокат расходуется 50...150 м3 воды, на производство 1 т меди—500м3, 1 т пластмасс—до 1000 м3, 1 т синтетического каучука и искусственных тканей — от 2000 до 3000 м3 и 1 т никеля свыше 4000 м3 воды. Кроме роста народонаселения и развития промышленности причиной дефицита воды является нерегулируемая вырубка лесов и главным образом загрязнение водоемов вследствие неразумного отношения к охране водных ресурсов; по подсчетам ученых ресурсы пресной воды могут быть исчерпаны уже в следующем столетии. Отсюда и большое внимание, уделяемое в нашей стране рациональному, комплексному использованию водных ресурсов, что определено «Водным кодексом». В решении «водной проблемы» изучалась переброска части стока северных рек (Печоры, Северной Двины и Онеги), Онежского и Ладожского озер и сибирских рек (Енисея, Оби и Иртыша) в бассейны Волги. Эти мероприятия огромны по своим масштабам и тщательно анализируются.

На недостатке пресной воды, как отмечено выше, особенно сказывается загрязнение водоемов сточными водами промышленных предприятий, коммунальным и сельским хозяйствами, т. е. водами, отводимыми после их использования в бытовой и производственной деятельности человека. Установлено, что при суточном потреблении городом 600 тыс. м3 воды он дает порядка 500 тыс. м3 сточных вод.

Масштабы загрязнения гидросферы непрерывно возрастают и в большинстве стран Западной Европы и США они приняли угрожающие размеры, так как уже сегодня сильно загрязнены все крупные реки. Например, в Англии 90 % населения используют воду, не отвечающую санитарным требованиям по бактериальным и химическим показателям, и особенно загрязнена р. Темза, в которую сбрасываются все стоки Лондона. В водах р. Рейн (ФРГ) в результате сброса неочищенных стоков обнаружено около 60 тыс. различных соединений и к ним ежегодно добавляется 150...200 новых. Особенно загрязнена р. Потомак, на которой расположена столица США — г. Вашингтон; на ее дне слой отбросов, сложившихся от сточных вод, поступающих в реку, достигает трех метров.

В настоящее время только на промышленные и хозяйственно-бытовые нужды в мире требуется 150 км3 чистой воды в год (т. е. 0,5 % всего речного стока планеты), но с учетом закона водопотребления необходимо отбирать 600 км3 воды и разница — 450 км3 — это возвратные воды, которые ежегодно направляются в реки и водоемы и даже после биологической очистки в целях обезвреживания они должны опять разбавляться чистой водой. Эта норма разбавления часто бывает очень велика; например, для стоков при производстве синтетических волокон кратность разбавления равна 1 : 185 и, таким образом, на обезвреживание сточных вод в мире ежегодно расходуется не 150, а 5500 км3 чистой воды, что составляет уже 30 % мирового речного стока, т. е. в 3 раза больше, чем на удовлетворение всех остальных потребностей в чистой воде.

Таким образом, дефицит пресной воды является следствием не безвозвратного ее потребления, а ввиду все возрастающего загрязнения природных вод промышленными и хозяйственно-бытовыми стоками, а также необходимостью их многократного разбавления.

Наиболее загрязнены сточные воды отходами нефтеперерабатывающей, металлургической, нефтехимической, химической, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности, а также отходами сельского хозяйства (животноводства, птицеводства и предприятий, перерабатывающих их продукцию); большой вред природе наносит при этом неправильное использование удобрений и пестицидов.

Состав сточных вод весьма разнообразен и зависит от характера использования воды, т. е. от вида загрязнений, которые в нее поступают. Наиболее вредными являются стоки химических производств (реакционные и маточные растворы), горнодобывающих и обогатительных предприятий, сточные воды, образующиеся при удалении золы и эксплуатации нефтеналивных судов, цистерн и других аналогичных емкостей, а также так называемые промывные воды (следствие промывки продукции, очистки газовых смесей и т. п.), от ливневых потоков в городах и др.

Многие сточные воды сбрасываются в природные водоемы с повышенной температурой (в частности, сбросы тепловых электростанций) и создают тепловое загрязнение, что повышает накопление органических веществ и нарушает их нормальный биологический ритм.

Один из наиболее распространенных видов загрязнении водоемов—синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые обычно содержатся в составе синтетических моющих средств (CMC). Трудность очистки воды от этих веществ привела к тому, что они в ряде случаев присутствуют даже в питьевой воде водопроводов. ПАВ ухудшают способность водоемов к самоочистке и качество воды, а также усиливают неблагоприятное действие других веществ. В водоисточники ПАВ и CMC поступают в стоках бань, прачечных и предприятий, использующих их в своем производстве, с поверхностным стоком с сельскохозяйственных полей (когда ПАВ используются для эмульгирования пестицидов), а также как составная часть сточных вод предприятий-изготовителей CMC.

В загрязнении вод стоками, содержащими ПАВ и CMC, наиболее значительную долю вносят предприятия легкой промышленности (текстильные, меховые и др.), а также производства, где они применяются для интенсификации технологических процессов: флотация (при обогащении руд), разделение продуктов химической технологии, бурение нефтяных и газовых скважин, дегазация угольных и заводнение нефтяных пластов, борьба с коррозией и др.

Распространенными химическими загрязнителями водоемов (кроме ПАВ и CMC) являются и пестициды, которые поступают с дождевыми и талыми водами, при авиа -. и наземной обработке лесов и полей, с дренажно-коллекторными водами рисовых и хлопковых плантаций и др.

Отдельным, весьма опасным для жизни водоемов и здоровья людей, видом является радиоактивное загрязнение. Обычно оно возникает вследствие испытаний ядерного оружия под водой, захоронения радиоактивных отходов в глубинах океана, а также при нарушениях эксплуатационного режима заводов по очистке урановой руды и переработке ядерного горючего для атомных реакторов и атомных электростанций.

Анализ показывает, что основная масса стоков содержит три вида загрязнений:

минеральные (песок, глинистые и рудные включения, шлак, растворы минеральных солей, кислот и щелочей, масла и др.);

растительного (остатки плодов и т. п.) и животного (клеевые вещества) происхождения (основным химическим веществом в них является углерод);

бактериальные и биологические (чаще всего они характерны для сточных вод боен, биофабрик и коммунального хозяйства, содержащих микроорганизмы и бактерии, а также дрожжевые и плесневые грибки).

Обычно все сточные воды разделяются на четыре группы:

1) стоки промышленных  предприятий, которые разделяют  на загрязненные и условно-чистые (к последним относят, например, сточные  воды, которые были использованы  для охлаждения тепловых машин);

2) хозяйственно-бытовые  стоки (воды от кухонь, столовых, общественных зданий, больниц и  т. п.);

3) стоки сельскохозяйственного  производства, содержащие ядохимикаты  и химические удобрения;

4) атмосферные стоки, которые стекают с промышленных  площадок предприятий при атмосферных  осадках (дождь, таяние снега, ливень).

3.  Источники загрязнения литосферы  

Литосфера (составная часть биосферы, или земная кора) — это верхний покров нашей планеты, который имеет среднюю толщину 30...40 км (в районе Памира и Гималаев до 75 км). Верхняя часть литосферы — почва, в которой протекают физические, химические и биологические процессы, образовалась в результате воздействия тепла, воды, воздуха, живых и мертвых организмов на поверхностные слои земли. Характер и степень этого воздействия проходили в различных условиях, определяемых особенностями климата, рельефа, солнечной радиации и других факторов, характерных для данного региона, в том числе и деятельности человека. Ниже литосферы расположена мантия: верхняя (до глубины 1000 км), в которой содержатся оливины, и нижняя (до глубины порядка 3000 км), слагаемая из металлоподобных, повышенной прочности веществ. Внутренняя часть Земли — ядро, по мнению ученых, имеет металлические вещества в пластиновязком и твердом состоянии при температуре порядка 5700 °С и давлении 350 МПа. В земном покрове Земли примерно Уз занимают горные массивы и % равнинные области; '/ю часть всей поверхности суши — обрабатываемые земли и до '/з покрыта лесами. В земной коре находятся основные минеральные ресурсы, которые объединяют под общим названием недра; большинство из них сосредоточено в верхних слоях толщи Земли, а некоторые — на ее поверхности и все они относятся к категории не возобновляемых ресурсов, т. е. по мере использования их запасы уменьшаются. Среди элементов, содержащихся в земной коре, первое место занимает кислород (около 50%), затем кремний (26%), алюминий (7,45%), железо (4,2 %), кальций (3,35%), натрий (2,6%). калий (2,4 %) и магний (1,93 %), т. е. на восемь элементов приходится 97,6 % и на остальные (водород, титан, барий, хлор и др.) менее 3%.

Человечество использует минеральные ресурсы (полезные ископаемые) еще с глубокой древности, а с XIX в. и особенно со второй половины XX в.— интенсивно. С конца 50-х годов XX в из недр земли извлечено примерно столько минерального сырья, сколько было израсходовано за всю предыдущую историю человечества. В СССР добывалось около 400 видов минерального сырья и за 15 лет (с 1958 по 1973 г.) добыча полезных ископаемых возросла от 10 до 23 % от мирового объема. Технический прогресс в эпоху НТР вызывает рост производительных сил и сопровождается одновременно ростом потребностей общества в энергии и различных материалах, которые оно берет у природы, что вызывает законную тревогу об истощении этих ресурсов и в особенности запасов металла. Так, по подсчетам ученых, запасы свинца будут исчерпаны за 19 лет, цинка за 23 года, железа за 250 лет и алюминия за 570 лет, а запасы всех металлов по некоторым прогнозам до 2500 г. будут полностью израсходованы.