Инженерная экология

и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.),

предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт,

предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов.

Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное ко-

личество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и ФРГ прихо-

дится на автотранспорт (50-60%), тогда как на долю теплоэнергетики, всего

16-20%.

1. Тепловые и атомные электростанции. Котельные установки. В

процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного (диоксид углерода и пары воды) и непол-

ного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. Так, тепло-

электростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует до 20 тыс. тонн угля в су-

тки и выбрасывает в атмосферу 680 тонн SO2 и SO3, 120 - 140 тонн твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 тонн оксидов азота [6].

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы,

но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Источники за-

грязнения воздуха токсичными веществами на атомных электростанциях

(АЭС) – радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли. Круп-

ный источник энергетического загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные веще-

ства в высоких концентрациях рассеиваются вблизи установок.

Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тонны стали в ат-

мосферу выбрасывается 0,04 тонн твердых частиц, 0,03 тонн оксидов серы и до 0,05 тонн оксида углерода, а также в небольших количествах марганец,

свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного про-

изводства в атмосферу выбрасываются парогазовые смеси, состоящие из фе-

нола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ.

20

Значительные выбросы отходящих газов и пыли, содержащих токсич-

ные вещества, отмечаются на заводах цветной металлургии при переработке свинцово-цинковых, медных, сульфидных руд, при производстве алюминия и др.

Химическое производство. Выбросы этой отрасли, хотя и невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), ввиду своей высокой ток-

сичности, разнообразия и концентрированности представляют угрозу для че-

ловека и всей биоты. На химических производствах атмосферный воздух за-

грязняют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь ок-

сидов азота, хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т. п.).

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сот мил-

лионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов,

существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в крупных городах.

Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количе-

ство токсичных соединений – бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и уг-

лерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилирован-

ного бензина).

Наибольшее количество вредных веществ в составе отработавших газов образуется при неотрегулированной топливной системе автомобиля. Правиль-

ная ее регулировка позволяет снизить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в шесть и более раз.

Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха отмечается также при добыче и переработке минерального сырья, на нефте- и газоперерабатываю-

щих заводах, при выбросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводче-

ские и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т. д.

21

2.4.Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы

Кважнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения ат-

мосферы относятся:

1.Возможное потепление климата («парниковый эффект»).

2.Нарушение озонового слоя.

3.Выпадение кислотных дождей.

2.4.1.Возможное потепление климата («парниковый эффект»)

Еще в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, что ат-

мосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух про-

пускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос.

И он был прав. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения каковыми являются, например, водяные испа-

рения и углекислый газ. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрас-

ный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излу-

чение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практи-

чески замерла.

Сегодня уже мало кто оспаривает тот факт, что деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере. По мне-

нию Межправительственной комиссии по изменению климата, «увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосфе-

ры и поверхности земли... Любое изменение в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и мировых океанов и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды»[7,8,9].

Тем не менее, ведутся споры вокруг того, какое конкретно количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также как скоро это произойдет. Мировые средние температуры могут сильно колебаться в

22

пределах нескольких лет и десятилетий, причем по естественным причинам.

Проблема в том, что считать средней температурой, и на основании каких кри-

териев судить, действительно ли она изменилась в ту или другую сторону.

В настоящее время наблюдаемое изменение климата, которое выражает-

ся в постепенном повышении среднегодовой температуры, начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» – диоксида углерода (СО2),

метана (СН4), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О3), оксидов азота и др.

Таблица 2

Антропогенные загрязнители атмосферы и связанные с ними изменения (В.А. Вронский, 1996)

Примечание: (+) - усиление эффекта; (–) - снижение эффекта.

Парниковые газы, и в первую очередь СО2, препятствуют длинноволно-

вому тепловому излучению с поверхности Земли. Атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как «крыша теплицы». Она, с одной стороны,

пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой – почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

В связи со сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива (нефти, газа, угля и т.д., ежегодно более 9 млрд. тонн условного топ-

лива) концентрация СО2 в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбро-

сов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание

23

фреонов (хлорфторуглеродов). На 1 – 1,5% в год увеличивается содержание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы и др.).

В меньшей степени растет содержание в атмосфере оксида азота (на 0,3% еже-

годно).

В конце восьмидесятых – начале девяностых годов несколько лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опа-

сения в том, что вызванное человеческой деятельностью глобальное потепле-

ние уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальная температура поднялась на 0,3 – 0,6 градусов Цельсия. Однако среди них нет согласия в том, что именно вызвало это явле-

ние. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находится в пределах ес-

тественных температурных колебаний.

В докладе, подготовленном под эгидой ООН международной группой по проблемам климатических изменений, утверждается, что к 2100 г. температура на Земле увеличится на 2 – 4 градуса [10]. Масштабы потепления за этот отно-

сительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь, это связано с предполагаемым повышением уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, со-

кращения площадей горного оледенения и т. д. Моделируя экологические по-

следствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5 – 2,0 м к концу XXI в.,

ученые установили, что это неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, деграда-

ции многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к дру-

гим неблагоприятным последствиям.

Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном потеплении кли-

мата и положительные экологические последствия. Повышение концентрации СО2 в атмосфере и связанное с ним усиление фотосинтеза, а также увлажнение климата могут, по их мнению, привести к увеличению продуктивности как ес-

24

тественных фитоценозов (лесов, лугов, саванн и др.), так и агроценозов (куль-

турных растений, садов, виноградников и др.).

По мнению экологов, наиболее действенными будут такие меры, как по-

вышение эффективности энергопользования и переход к альтернативным ви-

дам топлива (отказ от ископаемых видов топлива, таких как нефть и уголь).

Хотя мировое сообщество сделало большой шаг вперед в повышении эффек-

тивности использования энергии, ему еще предстоит огромная работа в этой области.

В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобаль-

ному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран бы-

ла принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2.

Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008 – 2012 годам выбросы СО2 на 5% от уровня 1990 года [11, 14].

Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8%; США – на 7%; Япония – на 6%.

Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов.

Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить вы-

бросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить пра-

во на дополнительныe выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом, предполагается, что главная цель – сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5% – будет вы-

полнена.

Тем не менее, переговоры по вопросу сокращения выбросов тепличных газов идут очень сложно. Прежде всего, конфликт существует на уровне офи-

циальных лиц и бизнеса, с одной стороны, и неправительственного сектора, с

другой. Неправительственные экологические организации считают, что дос-

25

тигнутое соглашение не решает проблемы, так как пятипроцентное сокраще-

ние выбросов тепличных газов недостаточно для того, чтобы остановить поте-

пление, и призывают сократить выбросы как минимум на 60%. Кроме того,

конфликт существует и на уровне государств. Такие развивающиеся страны,

как Индия и Китай, вносящие значительный вклад в загрязнение атмосферы тепличными газами, присутствовали на встрече в Киото, но не подписали со-

глашение. Развивающиеся страны вообще с настороженностью воспринимают экологические инициативы индустриальных государств. Аргументы просты: а)

основное загрязнение тепличными газами осуществляют развитые страны и б)

ужесточение контроля на руку индустриальным странам, так как это будет сдерживать экономическое развитие развивающихся стран. В любом случае проблема глобального потепления климата – яркий пример того, какие меха-

низмы, подчас, включены в решение экологической проблемы. Такие компо-

ненты как научная неопределенность, экономика и политика нередко играют в этом процессе ключевую роль. Срок действия Киотского протокола истекает в

2012 году. Дискуссии о его пролонгации долго не утихали. Судьба соглашения решилась на конференции ООН по защите климата в Дурбане. Конференция ООН по вопросам изменения климата, проходившая в Дурбане (ЮАР), завер-

шилась подписанием соглашения, продляющего сроки действия Киотского протокола. Изначальной целью конференции было подписание рамочного со-

глашения взамен Киотского протокола, действие которого истекло в конце

2012г. Однако в итоге было решено продлить действие Киотского на время формирования нового единого договора, ограничивающего выброс парнико-

вых газов в атомосферу. Согласно подписанному в Дурбане соглашению, но-

вый договор должен быть готов к 2015 г. и вступит в силу в 2020 г. Кроме то-

го, было принято решение основать так называемый «Зеленый климатический фонд» для помощи развивающимся странам в борьбе с глобальным потепле-

нием [12].

26

2.4.2.Нарушение озонового слоя

Сначала XX века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмо-

сферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего ро-

да естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения – ультрафиолета-В.

Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20 – 25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой обще-

ственности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное умень-

шение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние десять лет количество озонового слоя снизилась на 4 – 6% в зимнее время и на 3 % – в летнее. В настоящее время истощение озонового слоя при-

знано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности.

Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация).

Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить хи-

мические связи в большинстве органических молекул, поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюда-

ется увеличение заболевания людей раком кожи. Так, например, по мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи еще 6 млн. человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.),

подавление иммунной системы и т. д.

Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолето-

вого излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нару-

27

шение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем.

По данным международной экологической организации «Гринпис», ос-

новными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) являются США –

30,85%, Япония – 12,42%, Великобритания – 8,62% и Россия – 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн. км2, Япония – 3 млн. км2,

что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и в ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хла-

дореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя [13].

Согласно протоколу Монреальской конференции (1990 г.), пересмотрен-

ному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене (1992 г.), предусматривалось снижение выбросов хлорфторуглерода к 1998 г. на 50%. Согласно ст. 56 Зако-

на Российской Федерации об охране окружающей природной среды, в соот-

ветствии с международными соглашениями, все организации и предприятия обязаны сократить и в последующем полностью прекратить производство и использование озоноразрушающих веществ. Антарктическая озоновая дыра,

впервые «открывшаяся» еще в 1980-х годах, сейчас обладает наибольшим раз-

мером, но в 2020-м начнет быстро сокращаться и, вероятнее всего, полностью исчезнет к 2050 году.

Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона ока-

зывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, кото-

рые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образу-

ются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеороло-

гической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже -80°С.

2.4.3. Кислотные дожди

– все виды метеорологических осадков (дождь, снег,

град, туман, дождь со снегом) с кислотностью выше нормы.

28

Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Робертом Смитом. Cегодня ясно, что кислотные дожди явля-

ются одной из причин гибели жизни в водоемах, уничтожения лесов, урожаев,

растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают пло-

дородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водо-

носные слои почвы. Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокис-

лый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмо-

сферы, такие как углекислый газ (СО2), вступают в реакцию с дождевой водой.

При этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2O => H2CO3). Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5,6 – 5,7, в реальной жизни показа-

тель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде все-

го, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местно-

сти, таких как оксид серы и оксиды азота.

Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а про-

текающие под их влиянием процессы. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям пита-

тельные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы – свинец, кад-

мий, алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям.

Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих веществ, включающей кислотные до-

жди, озон, токсичные металлы и др. Так, например, гибнут хвойные горные леса в Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных лесов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.

29