2.2. Антропогенные воздействия на атмосферу
Крупнейшие глобальные экологические проблемы – “парниковый эффект”, нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей связаны с антропогенным загрязнением атмосферы. Человек может находиться без пищи 5 недель, без воды – 5 дней, а без воздуха – всего лишь 5 минут.
Атмосферный воздух выполняет сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно холодного Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода.
Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т.д. По причине загрязнения в настоящее время функции самоочищения нарушены.
Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).
Естественное загрязнение – вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров.
Антропогенное загрязнение связано с выбросом загрязняющих веществ в процессе деятельности человека и превосходит по масштабам природное загрязнение.
По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются: 1) на газообразные (диоксид серы, оксид азота, оксид углерода, углеводороды); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей); 3) твердые (канцерогенные вещества, свинец, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества).
При химическом загрязнении самыми распространенными веществами, загрязняющими атмосферу, являются CO (оксид углерода), SO2 (диоксид серы), NOx, CnHm и пыль (твердые частицы). На их долю приходится 98 % в общем объеме выбросов вредных веществ. Они образуются в результате сжигания топлива (как продукты полного (CO2) и неполного сгорания) в промышленных и бытовых установках, дожигания отходов, испарения нефтепродуктов, осуществления технологических процессов на предприятиях машиностроения, приборостроения, металлургии, автотранспорта, теплоэнергетики, нефтепереработки, химической промышленности и др.
Помимо перечисленных загрязнителей в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди которых – формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод.
Суммарные мировые выбросы в атмосферу главных загрязнителей исчисляются сотнями миллионов тонн в год.
Наиболее опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное, обусловленное глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытания ядерного оружия, выбросами в атмосферу с действующих АЭС при нормальной эксплуатации.
Еще одна форма загрязнения – тепловое, т.е. локальное избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Признаком теплового (термического) загрязнения атмосферы служат так называемые термические зоны, например, “остров тепла” в городах, потепление водоемов.
В целом, если судить по официальным данным, уровень загрязнения атмосферного воздуха в нашей стране, особенно в городах, остается высоким, несмотря на значительный спад производства.
Возможная причина – увеличение количества автомобилей, в том числе – неисправных.
Наибольшая загрязненность атмосферы в индустриальных регионах. Около 90 % выбросов приходятся на 10 % территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и химических загрязнителей, особенно при неблагоприятных метеоусловиях, часто создают пылевые купола и явления смога - токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов.
Более 200 городов России, население которых составляет 65 млн человек, испытывают постоянные превышения ПДК. Жители 83 городов (48 млн человек) систематически сталкиваются с превышениями ПДК в 10 и более раз. Среди них такие крупнейшие города, как Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Челябинск, Новосибирск, Самара, Омск, Кемерово, Барнаул, Хабаровск и др. Лидером по валовым выбросам загрязняющих веществ в атмосферу является Уральский экономический район.
Наряду с этим Россия в целом не является основным поставщиком вредных выбросов в атмосферу. Поток загрязнителей в расчете на одного жителя и на единицу площади страны значительно ниже, чем в США и странах Западной Европы, но они заметно выше в расчете на единицу ВНП. Это свидетельствует о высокой ресурсоемкости производства, устаревших технологиях и недостаточном применении средств очистки выбросов.
Для интегральной оценки состояния воздушного бассейна применяют индекс суммарного загрязнения атмосферы (ИЗА):
,
где Сi — средняя за год концентрация в воздухе i-гo вещества;
ПДК - предельно допустимая концентрация i-гo вещества, обычно максимально разовая или среднесуточная;
Si — коэффициент, зависящий от класса опасности вещества:
Si = 1,5; 1,3; 1,0; или 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4-го классов опасности.
ИЗА является упрощенным показателем и рассчитывается обычно для т = 5 — наиболее значимых концентраций веществ, определяющих суммарное загрязнение воздуха. В эту пятерку чаще других попадают такие вещества, как бенз(а)пирен, формальдегид, фенол, аммиак, диоксид азота, сероуглерод, пыль. Индекс ИЗА изменяется от долей единицы до 15 - 20 — чрезвычайно опасных уровней загрязнения (средний по РФ – 5) .
Под чистым воздухом будем понимать тот, в котором содержание основных компонентов находится в пределах норм, а концентрация вредных примесей не превышает допустимых пределов. Для каждой из таких примесей устанавливается ПДК – предельно допустимая концентрация, которая при действии на организм человека в течение заданного промежутка времени не вызывает необратимых (патологических) изменений в нем. Для воздуха различают максимально разовую концентрацию загрязнителя, при которой наблюдается отсутствие рефлекторных реакций организма человека при 20–минутном воздействии, и среднесуточную концентрацию вещества в атмосферном воздухе, при которой отсутствуют рефлекторные реакции при круглосуточном действии.