Тема 6. Головні сучасні проблеми атмосфери та їх виїв в Україні.

План

1. Головні сучасні проблеми атмосфери та їх вияв в Україні.

2. Метеорологічний потенціал атмосфери (вгорі) і потенціал самоочищення поверхневих вод України.

3. Спрощена схема утворення кислотних опадів.

4. Нормативно-законодавча база України та міжнародна співпраця у галузі раціонального використання й охорони атмосфери.

Атмосфера — це повітряна оболонка Землі, що є однією з найголовніших умов життя. Як відомо, без їжі людина може прожити місяць, без води — тиждень, а без повітря не витримає і кількох хвилин. Атмосферне повітря — життєво важливий компонент навколишнього природного середовища, природна суміш газів, які є за межами жилих, виробничих та інших приміщень^*104.

Атмосфера — власне зовнішня оболонка геосфери, її маса становить лише 1 млн маси Землі, але вона відіграє величезну роль у всіх природних процесах. Атмосфера навколо земної кулі визначає загальний тепловий режим поверхні Землі, захищає її від шкідливих космічних випромінювань. Циркуляція атмосфери впливає на місцеві кліматичні умови, а через них — на режим річок, ґрунтово-рослинний покрив, а також на екзогенні процеси рельєфоутворення. Відомо, що сонячна енергія, яка потрапляє на Землю, є однією з умов необхідних для життя, але її доза визначається атмосферою. Якби її не було, удень земна поверхня нагрівалася б до +100 °С, а вночі б її температура становила б -100 °С. Звичайно, що 200-градус-ний перепад добових температур набагато перевищує можливості до виживання всіх форм земного життя.

Крім цього, через атмосферу відбувається фотосинтез та обмін енергії й інформації — основні процеси в біосфері. Атмосферні процеси спричинюють низку складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність повітряних мас і природних вод тощо). Для деяких організмів (бактерії, літаючі комахи, птахи та інші) атмосфера — це основне середовище життя.

Атмосфера також регулює найважливіші параметри: температуру, вологість, тиск. Тобто, найзагальнішою характеристикою стану атмосфери є клімат. Цикли кисню, вуглецю, азоту, води обов'язково проходять атмосферну стадію. Головне при цьому те, що за допомогою такої властивості атмосфери, як динамічність, різні речовини разом із вітрами розподіляються по всій земній кулі. Дуже важливою ознакою атмосфери є прозорість, яка визначає інтенсивність фотосинтезу — єдиного природного процесу фіксації сонячної енергії на Землі. Сучасний газовий склад атмосфери — це результат тривалого історичного розвитку земної кулі. В атмосферному повітрі міститься азот — 78,09 %, кисень — 20,95, аргон — 0,93, вуглекислий газ — 0,03 %, а також пара води.

1 . Головні сучасні проблеми атмосфери та їх вияв в Україні

Із розвитком промисловості, міст і транспорту з'явилося нове джерело потрапляння речовини в атмосферу — так зване техногенне забруднення, яке за потужністю викидів таке саме, як сучасна вулканічна діяльність. Атмосферне забруднення — потрапляння у повітря різних газів, частинок рідких або твердих речовин, парів, що перевищує нормальну концентрацію речовин і негативно впливає на організми, погіршує їх життєві умови. Атмосферне забруднення — це несприятливі зміни стану атмосферного повітря, повністю або частково зумовлені діяльністю людини, які безпосередньо чи опосередковано змінюють розподіл енергії, рівні радіації, фізико-хімічні властивості атмосфери й умови існування живих організмів. Ступінь змін і масштаб наслідків залежить від: 1) інтенсивності та характеру власне забруднення; 2) стійкості атмосферного повітря до антропогенного навантаження.

Забруднення атмосферного повітря полягає в змінах його складу і властивостей у результаті потрапляння або утворення в ньому фізичних, біологічних факторів і (або) хімічних сполук, що можуть несприятливо впливати на здоров'я людини та стан навколишнього природного середовища. Забруднювальна речовина — це речовина хімічного або біологічного походження, що є або потрапляє в атмосферне повітря і може прямо або опосередковано негативно впливати на здоров'я людини та стан навколишнього середовища^*105.

*105: {Закон України "Про охорону атмосферного повітря" від 16 жовтня 1992 р. №2707-ХІІ(зі змінами і доповненнями, внесеними Законами України від 28 лютого 1995 р. №875/95-ВР, від 21 червня 2001 р. №2556-ІІІ) //ВВР. - №50. – С. 1.}

Нині спостерігається катастрофічне зменшення вмісту кисню в атмосфері. За останні 10—20 років його кількість зменшилася настільки, наскільки за попередні 10 тис. років. Серед основних причин цього явища вирізняють такі:

— зменшення обсягів потрапляння кисню у зв'язку зі скороченням зеленого покриву планети;

— зменшення фітопланктону Світового океану внаслідок його забруднення;

— використання кисню транспортними засобами (наприклад, легковий автомобіль протягом 1 тис. км пробігу спалює річну норму споживання кисню людиною);

— споживання живими організмами (у середньому людина споживає 500 л кисню на добу);

— використання промисловістю шляхом спалювання викопного палива.

Живі організми без шкоди для себе можуть витримувати наявність в атмосфері певної кількості забруднювальних речовин. Рівень вмісту, нижче якого негативні реакції не спостерігаються, називається пороговым. Рівень забруднення визначають такі три фактори: 1) потрапляння забруднювачів у повітря; 2) обсяг простору, в якому вони розсіюються; 3) механізми вилучення забруднювачів з атмосфери. Розрізняють поширеніші та небезпечні категорії забруднювачів:

— завислі — найдрібніші частинки та краплі, які є в повітрі у зваженому стані та спостерігаються у вигляді смогу або димки;

— вуглеводні та інші леткі органічні сполуки — до цієї групи належать бензин, розчинники та розчини органічних речовин, що потрапляють у повітря у вигляді парів;

— чадний газ (дуже отруйний);

— оксиди азоту — газоподібні сполуки азоту та кисню;

— оксиди сірки, в основному сірчаний газ (отруйний як для рослин, так і тварин);

— свинець та інші важкі метали;

— озон та інші фотохімічні окислювачі, тобто той озон, що потрапляє до приземних шарів атмосфери, де є надто токсичним;

— кислоти, здебільшого, сірчана та азотна, вони найчастіше є у вигляді крапель рідини, що утворюють кислотні опади.

Ці та інші забруднювачі негативно впливають на здоров'я населення, а також на якість навколишнього середовища (табл. 8.1).

Таблиця 8.1. Основні джерела забруднення атмосфери

Домішка	Основні джерела		Середньорічнаконцентрація в повітрі, мг/м3
	Природні	Антропогенні
	Природні	Антропогенні
	Вулканічні виверження пилові бурі, лісові пожеж	Спалювання палива в промислових і побутових установах
	Вулканічні виверження, окислення сірки і сульфатів, розсіяних у морях
	Лісові пожежі	Промисловість, автотранспорт, теплоелектростанції
	Лісові пожежі,океанічнісполуки	Автотранспорт, промислове енергоустаткування, чорна металургія
	Лісові пожежі, природний метан	Автотранспорт, випаровування нафтопродуктів
		Автотранспорт, хімічні та нафтопереробні заводи

Джерелами антропогенного забруднення атмосфери шкідливими домішками є теплоенергетика, промисловість, транспорт, нафто- і газопереробка, випробування ядерної зброї тощо.

В Україні найбільша кількість викидів забруднювальних речовин в атмосферу спостерігається у таких містах, як Кривий Ріг (11,2 % від загального викиду), Маріуполь (8,6 %), Донецьк (5,0%). Обсяги викидів на підприємствах Донецько-Придніпровського регіону становлять понад 83 % від загального обсягу по країні. Атмосферне повітря найбільше забруднюють викиди таких підприємств: паливно-енергетичного комплексу (35,1 %), обробної промисловості (36,1 %) та добувної (24%). Загалом частка викидів підприємствами цих видів діяльності становить 95,2 % від загального обсягу в Україні^*106. Також на підприємствах сільського господарства викиди збільшуються майже за всіма видами забруднень.

{Національна доповідь України про гармонізацію життєдіяльності суспільства у навколишньому природному середовищі. – К., 2003. – С. 19. }

Одним із найбільших забруднювачів атмосферного повітря в Україні є автотранспорт. Унаслідок роботи автотранспорту в атмосферу потрапляють понад 56 % оксиду вуглецю, 38 % вуглеводнів, 27 % оксидів азоту від загальної для країни кількості цих речовин. Протягом останніх 10—15 років спостерігається збільшення викидів автотранспортом в атмосферу забрудників майже в усіх містах, що пов'язано з переходом на нову методику розрахунку викидів та уточненням кількості пального, яке використовує автотранспорт. Найпоширенішими речовинами, які забруднюють атмосферу, є пил, діоксид азоту, оксид вуглецю.

Оцінювання забруднення атмосферного повітря лише за викидами шкідливих речовин не повністю характеризує стан атмосферного повітря, оскільки не враховуються транскордонні переноси і забруднення від інших джерел (стаціонарних і пересувних). Тому для такого оцінювання використовуються фонові концентрації основних забруднювачів. їх негативний вплив на природне середовище може відбуватися внаслідок безпосереднього контакту і шляхом випадання шкідливих речовин із атмосфери, що спричинює вторинне забруднення води і ґрунтів. На це потрібно зважати під час визначення зон можливого екологічного лиха. Просторовий масштаб впливу коливається в надзвичайно широких межах залежно від характеристик джерел забруднення і об'єктів впливу. Концентрація забруднювальних речовин від окремих локальних джерел у результаті процесів розсіювання і випадання домішок швидко зменшується, що пов'язано з тим, на якій відстані від джерела це відбувається. Тому небезпечні для здоров'я людини концентрації забруднювачів від таких джерел можливі, як правило, на площі не більше 10 100 км². У великих промислових агломераціях відбувається накладання забруднень від окремих джерел і загальна площа негативного впливу може бути такою, як площа агломерації, або навіть перевищувати її.

З метою оцінювання ступеня забруднення атмосферного повітря використовуються фактичні максимально разові і середньодобові концентрації за декілька років, але не менше, ніж за 2 роки. Ці концентрації порівнюються з максимально разовими і середньодобовими гранично допустимими концентраціями (ГДК). Максимально разова ГДК потрібна, щоб передбачити рефлекторні реакції в людини (відчуття запаху, зміни біоелектричної активності головного мозку, світлової чутливості очей тощо) під час короткотривалого впливу забруднювачів (до 20 хвилин), а середньодобова ГДК — аби попередити загальнотоксичний, канцерогенний, мутагенний та інші впливи забруднювачів. Для оцінки впливу забруднювачів на здоров'я населення варто користуватися не лише максимально разовими і середньодобовими ГДК, за якими регламентується вміст хімічних елементів у повітрі населених пунктів, а й показниками, що характеризують вміст шкідливих речовин за тривалий період (місяць, рік). Підставою для цього є те, що невеликі концентрації речовин за тривалої дії дають такий самий або подібний негативний ефект, що й висока концентрація за короткий проміжок часу.

Ступінь забрудненості атмосферного повітря встановлюється за кратністю перевищення фактичної концентрації забруднювачів відповідної ГДК із урахуванням класу шкідливості, загальної біологічної дії забруднень повітря і частоти перевищення ГДК^*107. Розраховані індекси — це відносні величини, що характеризують зв'язок між фактичними концентраціями домішок в атмосфері, тривалістю їх дії та гігієнічними нормативами якості повітря, а також величину сумарного забруднення повітря. За потреби за величиною індексу визначають фактичну концентрацію забруднювачів. Ці величини — основні показники картографування.

Найбільше забруднення атмосфери спостерігається у Донецько-Придніпровському регіоні, а також обласних центрах України. Чим більше забруднення, тим більша небезпека для здоров'я населення і стану навколишнього середовища. Наприклад, довготривале забруднення атмосферного повітря сірчаним газом, окислами вуглецю, азотом та іншими речовинами шкідливо впливає на здоров'я людини. При цьому може збільшуватися загальна захворюваність населення, що зумовлено ураженням окремих органів і систем організму — легеневої (пневмонії, бронхіальна астма та інші неспецифічні хвороби легень); серцево-судинної (гіпертонічна хвороба, інфаркт міокарда, хронічні хвороби тощо). Великий вплив на рівень захворюваності населення має сумарне забруднення атмосферного повітря.

За сумарного забруднення атмосферного повітря на рівні 10 Р спостерігається Глобальне потепління може завдати значної шкоди морським екосистемам: затоплення прибережного мілководдя зумовить зменшення вилову морепродуктів у зв'язку а загибеллю цінних видів риб, збіднення видового різноманіття флори і фауни, порушення гідробіологічного і гідрохімічного режимів вод. Перегрівання температури планети може призвести до непередбачених подій. Наприклад, на одних територіях будуть урагани, сильні вітри, смерчі, ерозійні процеси та інші екологічні лиха, а на інших — повені, зливи, затоплення населених пунктів і продуктивних земель тощо. Крім того, глобальні зміни клімату обов'язково впливатимуть на стан здоров'я людей: унаслідок посилення теплового стресу в південних регіонах у зв'язку з розповсюдженням багатьох видів захворювань.

2. Метеорологічний потенціал атмосфери (вгорі) і потенціал самоочищення поверхневих вод України.

Найбільше забруднення атмосфери спостерігається у Донецько-Придніпровському регіоні, а також обласних центрах України. Чим більше забруднення, тим більша небезпека для здоров'я населення і стану навколишнього середовища. Наприклад, довготривале забруднення атмосферного повітря сірчаним газом, окислами вуглецю, азотом та іншими речовинами шкідливо впливає на здоров'я людини. При цьому може збільшуватися загальна захворюваність населення, що зумовлено ураженням окремих органів і систем організму — легеневої (пневмонії, бронхіальна астма та інші неспецифічні хвороби легень); серцево-судинної (гіпертонічна хвороба, інфаркт міокарда, хронічні хвороби тощо). Великий вплив на рівень захворюваності населення має сумарне забруднення атмосферного повітря. Це відповідає середньому рівневі сумарної забрудненості атмосферного повітря, який переважає на території України.

За сумарного забруднення атмосферного повітря на рівні 10 Р спостерігається значне збільшення хронічних захворювань не тільки серед дітей, а й серед дорослих. Для деяких захворювань (ішемічна хвороба серця, гострі респіраторні хвороби і грип) суттєве їх розповсюдження можливе лише на рівні 20 Р. Таке забруднення властиве для промислових регіонів та територій, розташованих поблизу них. Крім того, у зонах розміщення промислових підприємств спостерігаються специфічні забруднення, що також зумовлюють погіршення стану здоров'я людини. Наприклад, у зонах розташування атомних електростанцій можлива висока загальна захворюваність населення, особливо злоякісними пухлинами; теплових електростанцій і цементних заводів — силікози; у зоні металургійних заводів — хронічні бронхіти; кольорової металургії — рак легенів; алюмінієвих заводів — отруєння фтором; інтенсивного руху автотранспорту — хронічні отруєння, ураження легенів тощо. Високий рівень забруднення загрожує здоров'ю не тільки сучасного, а й майбутнього поколінь.

Порівняльний аналіз карт забрудненості атмосферного повітря та метеорологічного потенціалу атмосфери свідчить про те, що територія України сприятлива для розсіювання забруднювачів. Виняток становлять гірські райони Карпат і Криму, де умови сприятливі для накопичення забруднювачів. Але в цих регіонах невелике або взагалі немає промислового забруднення. Тому для всієї території України характерний певний позитивний потенціал самоочищення атмосфери. Тому можна передбачити, що екологічний стан атмосферного повітря поліпшиться, якщо дотримуватися певних природоохоронних заходів.

Нині атмосфера Землі розігрівається значно швидше. Це зумовлено діяльністю людини, унаслідок чого збільшується температура атмосфери (у процесі спалювання великої кількості вугілля, нафти, газу). Спалювання органічного палива, а також знищення лісів призводить до накопичення в атмосфері вуглекислого газу. За останні 120—130 років його вміст у повітрі збільшився в середньому на 17 %.

Цим зумовлено особливе значення вуглекислого газу у зміні клімату. Він поглинає довгохвильову радіацію та є одним з факторів, що створюють парниковий ефект в атмосфері; збільшення концентрації вуглекислоти спричинює підвищення температури біля земної поверхні. Одночасно з техногенним запиленням атмосфери зростає й виділення техногенного тепла унаслідок спалювання палива та використання електричної енергії, що є дуже важливим фактором змін глобальної температури. Забруднення атмосфери зумовлює також руйнування будівель і споруд, що пов'язано з дією абразивів (тобто твердих частинок) і корозією. Але особливо сильного впливу у зв'язку з таким забрудненням зазнають живі організми. Тварини уражаються як прямо, так і опосередковано, коли забруднювальні речовини потрапляють в організм разом із рослинами. У забруднених районах різко підвищується ймовірність захворювань верхніх дихальних шляхів.

Парниковим ефектом називають здатність атмосфери вибірково поглинати електромагнітне випромінювання у певних діапазонах хвиль такими компонентами атмосфери, як:

— двоокис вуглецю, що поглинає довгохвильове (інфрачервоне) випромінювання в широкому діапазоні хвиль;

— водяна пара, що має подібну поглинальну здатність;

— вуглеводневі гази, насамперед, метан.

Отже, парниковий ефект — це здатність атмосфери, що пропускає короткохвильове електромагнітне випромінювання від Сонця, затримувати (частково або повністю) потік тепла від земної поверхні, повертаючи його до Землі у вигляді "зустрічного випромінювання" (рис. 8.3).

2. Спрощена схема утворення кислотних опадів.

Наприклад, за оцінками фахівців, лише 10 % забруднювачів, що випадають з атмосфери на територію Норвегії, мають власне норвезьке походження, інші переносяться з інших країн; майже така сама ситуація спостерігається і в Швеції (30 %).

Отже, шкідливий вплив кислотних опадів на довкілля має такі основні наслідки:

— урожайність багатьох сільськогосподарських культур зменшується на 3—8 % у зв'язку з ушкодженням листу кислотами;

— із ґрунту вимивається кальцій, калій, магній, що спричинює деградацію фауни і флори;

— отруюється вода озер і ставків, в яких гине риба, численні види комах, зникають птахи і тварини, котрі харчуються комахами;

— зникають ліси, насамперед, у гірських районах (Карпати), що зумовлює збільшення кількості гірських зсувів і селів;

— зростає кількість захворювань серед людей (подразнення очей, хвороби дихальних шляхів);

— різко прискорюється руйнування пам'яток архітектури, житлових будинків, особливо тих, що оздоблені мармуром і вапняком.

На сьогодні кислотні опади стали типовими для України. Наприклад, у Черкаській області опади окислені азотною кислотою, а Сумській — сірчаною. Частота випадання кислотних дощів швидко збільшується. Площа кислих ґрунтів в Україні за останні ЗО—40 років зросла у середньому на 20 %. У таких ґрунтах підвищується міграція свинцю, цинку, нікелю та міді. Нині концентрації у вологих опадах на території України у більшості випадків відповідають основним природним значенням, причому найвищий вміст забруднювачів спостерігається в опадах у Донецькому регіоні. Кислотні опади у 2001—2002 pp. були в Автономній Республіці Крим та Одеській області (водневий показник рН нижчий 4,5), тоді як Волинська та Чернігівська області, міста Київ і Львів зазнали дії низькокислотних опадів у межах від 4,5 до 5,5 рН^*110.

*110: {Національна доповідь України про гармонізацію життєдіяльності суспільства у навколишньому природному середовищі. – К., 2003. – С. 21.}

Розв'язання цієї проблеми потребує здійснення таких заходів:

— різке зменшення викидів оксидів сірки та азоту, оскільки саме сірчана кислота та її солі на 70—80 % зумовлюють кислотність дощів;

— застосування нових технологій, пов'язаних із: а) економією палива; б) вилученням сірки з палива; в) уловлюванням оксиду сірки з димових труб; г) зменшенням викидів азоту;

— широке міжнародне співробітництво, оскільки це питання глобальне; основними міжнародними угодами з такої проблеми є "Конвенція про транскордонне забруднення" 1983 р. і "Протокол про 30-відсоткове зниження викидів оксидів сірки на території 20 держав Європи та Канади" Якщо йдеться про охорону атмосфери взагалі, розрізняють такі головні групи заходів, спрямовані на:

зменшення валової кількості забруднювачів, що потрапляють до атмосфери, поліпшення якості палива, удосконалення технологічних процесів тощо;

— захист атмосфери шляхом розсіювання, обробки та нейтралізації шкідливих викидів — спорудження на промислових підприємствах надто високих труб (300 м і більше), очисних споруд (фільтрів), бактеріальне розкладання забруднювачів, їх поглинання рослинами тощо;

— запобігання забрудненню атмосфери за допомогою раціонального, дисперсного розміщення підприємств — джерел шкідливих викидів — з урахуванням природних умов і потенційної можливості забруднення повітря.

До природних джерел, що сприяють виникненню кислотних опадів, належать: вулканічна діяльність, грозові розряди і блискавки, біогенні виділення. У світі лише в результаті вулканічної діяльності щороку виділяється 4—16 млн т сірчаних сполук. Сірка міститься в таких корисних копалинах, як вугілля, нафта, залізні та інші руди. Тому сірчаний газ утворюється під час спалювання вугілля, нафти, видобування та переробки кольорових металів. Антропогенні джерела виділяють майже 93 % оксиду азоту, який унаслідок взаємодії з водяною парою утворює азотну кислоту. Кислотними дощами називають ті опади, показник рН яких є меншим ніж 5,6. Нині за вмістом кислоти дощі відповідають сухому вину, а часто і столовому оптові.

Вплив кислотних опадів на природне середовище посилюється в період танення снігів, коли всі накопичені за зиму кислотні опади прямують в ріки та струмки у період розмноження більшості організмів. Якщо кислотні опади потрапляють у ґрунт, вони вимивають алюміній та важкі метали, що мають сильний токсичний вплив як на рослини, так і на тварин. У Швеції та Норвегії, наприклад, риба загинула майже у 6,5 тис. озер і 7 річках; нині в Канадській провінції Онтаріо близько 1200 озер є мертвими внаслідок випадання кислотних опадів. Вони також істотно впливають на деградацію лісів, порушуючи при цьому захисний восковий покрив листу, вимиваючи біогени, мобілізуючи токсичні елементи. У Західній Європі кількість лісів, що постраждали від кислотних дощів, в останні 2—3десятиріччя досягла 30%, а іноді — 50%. Безумовно, кислотні опади впливають і на здоров'я населення; міждержавні переміщення атмосферних забруднювачів створюють умови для світових екологічних конфліктів.