9.3 Загрязнение атмосферы

Загрязнением атмосферы называют привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или повышение их содержания здесь сверх допустимого санитарно-гигиенического уровня.

Различают естественное и антропогенное загрязнение атмосферы.

Естественное загрязнение связано с проникновением в атмосферу космических частиц, вулканического пепла, пыли, образующееся при развеивании почв, пыльцы растений, морской соли, дыма лесных пожаров.

Антропогенное загрязнение вызвано производственной деятельностью человека, различными видами транспорта, пылью, образующейся при земляных работах, при разгрузке и хранении сыпучих материалов (известь, мел, цемент и т.д.) без соблюдения надлежащих правил

Все загрязнители делятся на материальные (пыль, шлаки, шламы, золы, газы и т. д.) и физические, или энергетические (тепловая энергия, шум, вибрация, электрические и электромагнитные поля и т.д.).

Материальные загрязнители подразделяются на

• механические,

• химические и

• биологические.

К механическим относятся пыль, аэрозоли и твердые частицы (металлическая пыль, стружка, опилки, шлаки, шламы, золы, выброшенные бракованные детали и т. д.). 

Химическими загрязнителями являются всевозможные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу и выступающие во взаимодействие с окружающей средой (кислоты, щелочи, эмульсии, смазочно-охлаждающие смеси, сернистый газ и т. д.). 

Биологические загрязнители – все виды организмов, появляющиеся при участии человека и наносящие ему вред (бактерии, вирусы, грибки, сине - зеленые водоросли и т. д.)

К энергетическим загрязнителям относятся все виды энергии, теряемой в виде отходов разнообразных производств: тепловая, механическая, ионизирующие излучения, электромагнитные поля, звуковые волны и т. д.

Схема загpязнений и кpуговоpота веществ в атмосфеpе представлена на pисунке 9.2

Рисунок 9.2- Схема загрязнений и круговорота веществ в атмосфере

Наиболее массовые загрязнители, вырабатываемые всеми техногенными источниками в атмосферу Земли, представлены в табл. 9.3.

Таблица 9.3

Загрязнители, выбрасываемые всеми техногенными источниками в атмосферу Земли (90-е гг. XX в.)

Загрязнители	Млн. т/год
Твердые частицы дыма и промышленная пыль	580
Окислы углерода	360
Летучие углеводороды и другая органика	320
Окислы серы	160
Окислы азота	110
Соединения фосфора	18
Сероводород	10
Аммиак	8
Хлор	1
Фтористый водород	1

9.4 Последствия загрязнения атмосферы

Появление в атмосфеpе вpедных пpимесей приводит к pазличным глобальным пpоцессам:

1. вымыванию из атмосферы кислот – «кислотные дожди»

2. смогу в городах и т. д.

3. уменьшению содержания стратосферного озона, появлению «озоновых дыр»;

4. потеплению климата, вызванное накоплением в атмосфеpе газов, поглощающих инфракрасное излучение и препятствующих его рассеиванию, – «парниковый» эффект;

9.4.1.Кислотные дожди. Причиной этого явления является наличие в атмосфеpе диоксидов серы и азота.

Основными антропогенными источниками диоксида серы (SO₂) являются процессы:

1. сжигание ископаемого топлива;

2. промышленное производство (прежде всего в металлургии);

3. эксплуатация автомобилей (выхлопные газы)

В атмосфере диоксид серы может окисляться:

 2SO₂ + O₂ -> 2SO₃

Образовавшийся триоксид серы растворяется в капельках влаги, что ведет к образованию серной кислоты:

SO₃+ H₂О -> H₂SO₄

В ясную погоду содержание серной кислоты составляет 3 % концентрации сернистого газа, а в пасмурную – до 15 %. Растворы серной кислоты держатся в виде капелек тумана или выпадают с дождями, "кислотные дожди".

Кислотность, определяемая водородным показателем pH,

• для дождевой воды равна 5,6 – 5,7.

• в чистых реках и озерах pH = 8;

• при pH = 7 из-за недостатка кальция начинает гибнуть икра некоторых рыб;

• при pH = 5,5 появляется мох сфагнум, не пригодный для питания обитателей водоемов;

• при pH = 4,5 погибают рыба, лягушки, насекомые, вода становиться стерильной, на дне развиваются сфагнум, грибы и бактерии-анаэробы, выделяющие углекислый газ, метан и сероводород.

На территории бывшего СССР "кислотные" дожди (pH = 4,7 – 5,5) выпадают в Прибалтике, Белоруссии, Карелии, Подмосковье, Прикаспии и других районах. На севере Швеции, в Норвегии и Прибалтике серы выпадает в 2 – 2,5 раза больше, чем поступает в воздушный бассейн с этих территорий. Это вещество переноситься сюда воздушными потоками из США, Великобритании, Нидерландов, Италии, Германии, Франции и Дании.

При длительном воздействии содержащихся в воздухе оксидов серы у человека возникают хронический бронхит и другие легочные заболевания

Сернистый газ и серная кислота разрушают хлорофилл в листьях растений, в связи с этим затрудняются фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается урожайность сельскохозяйственных культур, ухудшается состояние древесных насаждений. При более высоких дозах и продолжительном действии растения, особенно хвойные, погибают. Превышение кислотности почв снижает эффективность применения удобрений, угнетает наиболее ценные многолетние травы.

Аналогично ведут себя и оксиды азота, являясь частью "кислотных дождей":

2NO + O₂ -> 2NO₂

2NO₂ + H₂O -> HNO₃ + HNO₂

От кислотных выбросов страдают здания и архитектурные памятники Великобритании, Греции, Италии и нашей страны, коррозируют металлические конструкции.

9.4.2. Смог в городах. При большом содержании в воздухе газов и пыли (сажи) и застое воздуха над промышленными районами в связи с метеорологической инверсией (изменение температуры с высотой), сопровождающейся ростом температуры снизу вверх, образуются смоги.

При смоге появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость. В России подобные явления характерны для десятков городов, где физико-географические условия благоприятны для их возникновения, – в Новокузнецке, Медногорске, Кемерове, Ангарске и в Барнауле. 

Различают два вида смога: зимний смог (лондонский тип, влажный) и летний смог (лос - анджелесский тип, сухой).

Метеорологической предпосылкой для зимнего смога является безветренная тихая погода. При этом слой более теплого воздуха расположен над приземным слоем холодного воздуха (ниже 700 м, приземная инверсия), движение воздуха вблизи поверхности земли почти отсутствует (менее 3 м/с). Горизонтальный и вертикальный обмен воздуха затруднен. Загрязняющие вещества, которые обычно через высокие дымовые трубы распределяются в высоких слоях и переносятся на большие расстояния, в данном случае скапливаются в приземном слое.

«Лондонским смогом» называют аэрозоль, образующийся в воздухе из капелек вместе с твердыми частицами не полностью сгоревших веществ. Капли формируются в результате реакции:

H₂ O (г) + SO₂ = SO₂ * xH₂O

Концентрации оксидов серы, взвешенных твердых частиц и оксида углерода могут быстро достигать опасных для здоровья человека уровней и приводить к нарушению дыхания, раздражению слизистых оболочек, расстройству кровообращения, а нередко к смерти Особую опасность смог представляет для детей, старых и больных людей. Вследствие катастрофического лондонского смога в 1952 г. в течение двух недель погибло 4 000 чел.

Летний смог называют также фотохимическим смогом – это вторичное загрязнение воздуха, возникающее в результате разложения загрязняющих веществ солнечными лучами, особенно ультрафиолетовыми.

Основной вклад в формирование фотохимического смога вносят оксиды азота (NO_X) и озон (О₃), дополнительными составляющими являются оксид углерода (СО), углеводороды, основным источником которых являются автомобили.

В загазованном воздухе под действием интенсивного облучения возникает синеватая прозрачная дымка, состоящая из озона (до 3 мг/м³ и более), оксидов азота, монооксида углерода СО (продукт неполного сгорания бензина) и различных органических соединений. Все эти вещества раздражают слизистую оболочку глаз и органы дыхания человека, в сырую погоду висят в воздухе в виде аэрозоля, снижая видимость на дорогах, в зоне их действия увядают цветы, скручиваются листья, нарушается рост и плодоношение деревьев.