geo_mon

(далее – АВ) всасываются с поверхности почвы их корнями, ухудшая тем самым качество овощей, фруктов и кормовые ресурсы животных и т.д.

6.2. Общая картина загрязнений атмосферного воздуха

Проблема загрязнения воздушного бассейна мегаполисов в настоящее время крайне актуальна: атмосферный воздух является важным компонентом окружающей природной среды, без которого существование жизни на Земле невозможно.

Атмосфера представляет собой естественную смесь газов, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений, общей массой около 5,15-5,30·1015 тонн и имеет довольно четко выраженное слоистое строение:

1)тропосфера – наиболее плотный слой, прилегающий к земной поверхности. В ней развиваются различные физические процессы, которые в дальнейшем формируют климатические условия различных районов нашей планеты и определяют изменение погодных условий, ее мощность в средних широтах составляет 10-18 км;

2)стратосфера, которая располагается на высоте 17-48 км и концентрирует в себе основную часть атмосферного озона, поглощающего ультрафиолетовые лучи солнца. Характеризуется разреженностью, ничтожным содержанием влаги и постоянством температуры (около -50 0С);

3)мезосфера, начинающаяся на высоте более 50 км.

Природный химический состав АВ представлен четырьмя основными газами: азотом, кислородом, аргоном и парами воды, на долю которых приходится 99,96% всей массы (табл. 3). Практически все они содержатся в слоях атмосферы в одинаковых соотношениях.

На долю оставшихся 0,04 % приходится все многообразие громадного количества различных загрязняющих веществ (далее – ЗВ), которые в количестве не менее 10 млн. тонн постоянно находятся в АВ над планетой (табл. 11).

В соответствии с Федеральным законом от 4 мая 1999 года № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» под ЗВ понимается химическое соединение, содержащиеся в АВ в такой концентрации, при которой оно оказывает вредное воздействие на здоровье чело-

века и окружающую среду, а под загрязнением атмосферного воз-

духа (ЗАВ) – поступление или образование в нем ЗВ в концентра-

201

циях, превышающих установленные государством гигиенические и экологические нормативы качества.

Таблица 11. Газовый состав атмосферы

ЗАВ на территории мегаполисов и крупных промышленных городов возникает как от естественных процессов, протекающих в природе (рис. 99): космической пыли из межпланетного пространства; от вулканической деятельности (когда при извержении выбрасываются тысячи тонн пепла и HCl, HF, NH3, Cl, CO, CO2, H2S), от выветривания горных пород и эрозии, массового цветения растений, дыма от лесных и степных пожаров, от испарения мирового океана (мельчайшие брызги воды, поднимаясь над поверхностью моря или океана, довольно быстро испаряются, а растворенные в них соли кальция, магния, натрия, калия и других веществ попадают в АВ), но в основном формируется от интенсивной производственной деятельности человека, когда от всех ИЗА (источник загрязнения атмосферы – объект, распространяющий загрязняющие атмосферу вещества), расположенных на урбанизированной территории, в АВ выбрасываются различные ЗВ. При этом до 90% всех ЗВ выделяется от автомобильного транспорта, а остальное – из ИЗА промышленных предприятий:

202

Рис. 99. Классификация источников загрязнения атмосферного воздуха

203

∙теплоэнергетики (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), в процессе работы которых в атмосферу выбрасываются продукты как полного (диоксид углерода и пары воды), так и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания твердого, жидкого или газообразного топлива. Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн. кВт, расходующая до 20 тыс. т угля в сутки, выбра-

сывает в атмосферу 680 тонн SO2 и SO3, 120-140 тонн твердых частиц (зола, пыль, сажа) и 200 тонн оксидов азота.

∙черной и цветной металлургии. Например, при выплавке одной тонны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 тонн твердых частиц, 0,03 тонн оксидов серы и до 0,05 тонн оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как марганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути, фенол, формальдегид, бензол и аммиак;

∙химической промышленности, выбросы которых хотя и невелики по объему (около 2 % всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей биоты. Интенсивное воздействие на атмосферу также оказывается при добыче и переработке минерального сырья, на нефте-, и газоперерабатывающих заводах, при выбросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в отвалах. В сельских районах очагами загрязнения являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т. д.

Если посмотреть динамику изменения объемов выбросов за последние 10 лет, то видно, что за десятилетний период валовой выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух снизился на 13,2 % (4721 тыс. т), т.е. в среднем в год сокращался на 1,3 %. Объем выбросов от стационарных источников снижался более быстрыми темпами – 15,3 % (3130 тыс. т), т.е. в среднем в год сокращался на 1,5 %. Несмотря на то, что за десятилетие парк автомобилей в России почти удвоился, тем не менее, валовый объем выбросов от автотранспорта за этот период снизился на 10,3% (рис. 100).

204

Рис. 100. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, тыс. т (по

данным Росстата и Росприроднадзора) [17]

Наибольшие объемы выбросов от стационарных источников в 2015 г. приходились на такие виды экономической деятельности как «обрабатывающие производства» (5968,6

тыс. т или 34,5% от всех выбросов от стационарных источников) и «добыча полезных ископаемых» (4754,7 тыс. т или 27,5%). В 2014 г. это соотношение практически не изменилось – на «обрабатывающие производства» приходилось 34,0%, а на «добычу полезных ископаемых» – 28,3%. Пять лет назад доля выбросов «обрабатывающих производств» составляла также 34,0%, а доля выбросов от вида деятельности «добыча полезных ископаемых» – 29,3%. За пятилетку объем выбросов предприятий по добыче полезных ископаемых сократился на 8,6%. Выбросы «обрабатывающих производств» сократились за пятилетку на 7,2% (рис. 101, табл. 12).

Рис. 101. Распределение объема выбросов от стационарных источников по видам экономической деятельно-

сти, тыс. т (по данным Росстата) [17]

Основной вклад в выбросы стационарных ИЗА вносили предприятия по добыче полезных ископаемых (28,5 %), производству и распределению электроэнергии, газа и

воды (21,0 %) и транспорта и связи (12,0 %), а также металлургия и производство готовых металлических изделий (22,3 %). Остальное приходилось на сельское и лесное хозяйство, охоту, химическое и

205

целлюлозно-бумажное производства, производства пищевых продуктов (включая напитки) и табачных изделий, транспортных средств и оборудования, кокса и нефтепродуктов, прочих неметаллических минеральных продуктов, на издательскую и полиграфическую деятельность, обработку древесины и производства изделий из дерева, предоставление прочих коммунальных, социальных и персональных услуг.

Таблица 12. Выбросы в АВ ЗВ, отходящих от стационарных ИЗА, по видам экономической деятельности, тыс. т

Атмосфера – это единое целое, не подразделяющееся на отдельные изолированные объемы (рис. 102). Она никогда не бывает абсолютно чистой: выбрасываемые в воздух загрязнители обычно содержатся в любой части города и варьируются лишь в концентрациях, значения которых формируются под влиянием сложного взаимодействия между природными и антропогенными факторами и при постоянных параметрах выбросов ИЗА зависят от следующих метеоусловий:

1)Распределения температуры с высотой, скорости и направления ветра, определяющих перенос и распространение примесей у земли и в приземном слое атмосферы.

2)Интенсивности солнечной радиации и влажности воздуха, определяющих фотохимические превращения примесей и возникновение вторичных продуктов загрязнения;

3)Количества и продолжительности атмосферных осадков, приводящих к вымыванию примесей.

Рис. 102. Исторические периоды Земли в образовании атмосферы и живых организмов

207

При переменных параметрах ИЗА рассеивающая способность атмосферы также определяется метеорологическими условиями, но проявляется по-разному. При низких и холодных выбросах (дымовые и вентиляционные трубы) вблизи источника концентрация ЗВ мала, она увеличивается на подветренной стороне и достигает максимума на некотором расстоянии от трубы в зависимости от скорости ветра. При высоких и горячих (трубы предприятий черной и цветной металлургии, некоторых химических производств, электростанций и т.д.) – распределение примесей зависит как от скорости и направления ветра, так и от вертикального распределения температуры воздуха:

∙при слабом ветре концентрации примесей у земли уменьшаются за счет увеличения подъема факела и переноса примесей вверх;

∙при сильном ветре начальный вертикальный подъем примесей уменьшается, но происходит возрастание скорости переноса примесей в горизонтальном направлении.

При этом максимальные концентрации ЗВ обычно наблюдаются при некоторой «опасной» скорости ветра, которая для мощного ИЗА с перегретыми дымовыми газами относительно окружающего АВ составляет 5-7 м/с, а для ИЗА с низкой температурой – всего 1-2 м/с.

Если температура с высотой падает, то летом в дневное время создаются условия для интенсивного турбулентного обмена, что приводит к возникновению в нижнем приземном слое АВ значительных концентраций ЗВ, колеблющихся во времени и поступающих от высотных ИЗА. Если в приземном слое воздуха температура

свысотой растет (условия инверсии температуры), то рассеивание примесей ослабевает. В случае мощных и длительных инверсий при низких неорганизованных выбросах (выбросы от автотранспорта и др.) концентрации примесей могут существенно возрастать.

Вслучае приподнятых инверсий концентрации ЗВ зависят от высоты расположения источника по отношению к нижней ее границе: если ИЗА расположен выше, то примесь поступает к земной поверхности в небольших количествах, если ниже – то основная часть примесей концентрируется вблизи поверхности земли.

Солнечная радиация влияет на фотохимические реакции в атмосфере и формирует различные вторичные продукты, обладающие часто весьма токсичными свойствами. Так, в городах с развитым

208

автомобильным движением в ясные солнечные дни создаются условия взаимного превращения NO2 в NО с образованием озона, что способствует развитию фотохимического смога.

При туманах концентрации примесей могут сильно увеличиться за счет приземной инверсии и повышенной влажности воздуха. С туманами часто связаны зимние смоги, при которых в течение длительного времени высокие концентрации вредных примесей удерживаются в приземном слое воздуха.

На рассеивание примесей в условиях города также существенно влияют высота зданий, планировка улиц, их ширина и направление. В крупных городах при длительных прояснениях погоды (антициклональный тип погоды) нередко формируется городской «остров тепла» со своей структурой циркуляции атмосферы, когда образуется устойчивый поток воздуха к центру такого острова, и все вредные примеси сосредотачиваются в обширной, образовавшейся за несколько дней, области «острова тепла». Такие условия нередко создаются в зимнее время в промышленных городах, особенно в Сибири.

Естественные топографические условия в городе также являются важными факторами, определяющими «климат» качества АВ. В условиях пересеченной местности на наветренных склонах возникают восходящие, а на подветренных – нисходящие движения, над водоемами летом – нисходящие, а в прибрежных районах – восходящие движения. При нисходящих потоках приземные концентрации увеличиваются, при восходящих – уменьшаются. В некоторых формах рельефа, например, в котловинах, где ведутся разработки или вблизи находится низкий источник выбросов, воздух застаивается, что приводит к накоплению примесей вблизи подстилающей поверхности. В холмистой местности максимумы приземной концентрации примесей обычно больше, чем при относительно ровном рельефе.

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами

– от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма (рис. 103).

Сначала рассмотрим, как влияет на окружающую природную среду локальное (местное) загрязнение атмосферы, которое, в первую очередь, приводит к изменению микроклимата, проявляющее-

209

ся в нарушении термической однородности по всей территории города, в результате чего температура в центральных его районах повышается на 1-5 0С по сравнению с окрестностями.

Рис. 103. Основные источники выбросов в атмосферу СО2

Это явление чаще всего связывают с многообразием форм городской застройки и особенностью планировки, поскольку каменные здания, асфальтовые и другие искусственные покрытия являются своеобразными аккумуляторами тепла (температура подобных поверхностей в Москве местами достигает 52 0С, в Ереване – 65-70 0С, Одессе – 73 0С, в Ташкенте – 80 0С). Они поглощают солнечную энергию днем и медленно остывают ночью, отдавая тепло атмосфере. Наличие таких «островов тепла» приводит в городах к образованию приземного инверсионного слоя, где в двадцатиметровой прослойке наблюдаются повышенное содержание загрязняющих веществ.

Помимо неоднородности температурного режима на урбанизированных территориях отмечается значительное изменение влажности воздуха, увеличение которой приводит к росту концентраций большинства загрязняющих веществ, к их физико-химической (в

210