Экология среды. Учебное пособие

РАЗДЕЛ 2

Резорбтивное (токсическое) действие – это возможность развития общетоксических, гонадотоксических, эмбриотоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, возникновение которых зависит не только от концентрации вещества в воздухе, но и длительности его вдыхания (т. е. хроническое действие). С целью предупреждения развития резорбтивного действия ПДК устанавливаются среднесуточная ПДКсс. Некоторые красящие вещества (красители), не оказывая на уровне низких концентраций ни рефлекторного, ни резорбтивного действий, при их осаждении из воздуха могут придавать необычную окраску объектам ОС, например, снегу, тем самым создавая у человека ощущение опасности или санитарно-гигиенического дискомфорта. В связи с этим для красителей в качестве лимитирующего устанавливается санитарно-гигиенический показатель, позволяющий при соблюдении ПДК избежать появления необычной окраски объектов ОС. Для воздушной среды существует несколько видов ПДК:

– ПДКрз – предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны, мг/л. Это концентрация, которая при ежедневной работе, продолжительностью 8 часов, не должна вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья настоящего и последующих поколений современными методами; – ПДКсс – предельно допустимая среднесуточная концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м3, – это концентрация, не оказывающая прямого или косвенного неблагоприятного воздействия на настоящее или будущее поколение, не снижающая работоспособность человека, не ухудшающая его самочувствие при постоянном вдыхании; – ПДКмр – предельно допустимая максимально разовая концентрация веществ, мг/м3, – концентрация, не вызывающая при вдыхании в течение 20–30 минут в организме человека рефлекторных реакций.

Водная среда. Предельно допустимая концентрация в водной среде загрязняющего вещества – это такая концентрация, выше которой вода не пригодна для водопользования соответствующего вида. Выделяют хозяйственно-питьевое, коммунально-бы- товое и рыбохозяйственное водопользование. Наиболее жесткие нормативы установлены для водоемов рыбохозяйственного назначения. При нормировании загрязняющих веществ в воде учитываются общий санитарный режим водного объекта, органолептические свойства и здоровье населения.

Тихонова .Н .И » Барабаш .В .Н

РАЗДЕЛ 3

РАЗДЕЛ 3 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ И РЕГУЛИРОВАНИЮ

КАЧЕСТВА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

6. СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ И ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

План

1.Строение атмосферы.

2.Источники загрязнения воздушного бассейна городской среды.

Атмосфера является составной частью биосферы и представляет собой газообразную среду, вращающуюся вместе с Землей как единое целое. Биосфера представляет собой область распространения жизни на Земле, включающая в себя гидросферу, нижнюю часть атмосферы и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера (от греч. athmos – пар, sphaira – шар) – газовая оболочка планеты. На Земле она сформировалась в результате геологической эволюции и непрерывной деятельности организмов.

Состав современной атмосферы – результат динамического равновесия, поддерживаемого процессами жизнедеятельности организмов и различными геохимическими явлениями глобального масштаба. Общая масса атмосферы Земли равна 5,3 × 1015 т (по разным оценкам 5,15–5,9 × 1015), причем 90 % сосредоточено в околоземном слое толщиной около 16 км. Поскольку атмосфера является наружной оболочкой Земли, она «разграничивает» планету и космическое пространство, ослабляя ряд поступающих из космоса излучении и сглаживая резкие колебания температуры в биосфере. Кроме того, она является средой распространения микроорганизмов, семян, плодов, а также местообитанием многих насекомых, птиц и млекопитающих. Атмосферы других планет Солнечной системы совершенно другие. На Венере и Марсе преобладает диоксид углерода, на планетах-гигантах – гелий, водород, метан и аммиак, а на Луне и Меркурии атмосферы практически нет.

Тихонова .Н .И » Барабаш .В .Н

Экология среды » Курс лекций

РАЗДЕЛ 3

Первичный состав атмосферы Земли определили газообразные продукты химических реакций, происходивших под действием высоких температур и давлений. В земной атмосфере получилось так много паров воды, что большая часть их сконцентрировалась, образовался океан. Эти процессы продолжаются на Земле и сейчас, но не так интенсивно. Продолжается процесс обновления земной коры, вулканы выбрасывают разнообразные газы, присутствие которых в современной атмосфере незаметно. Все газы находятся в равновесии друг с другом, с океаном, с веществами земных пород. Кислотные оксиды, растворяясь в воде, образуют кислоты, которые взаимодействуют с основными оксидами земной коры, дают соли, растворимые в океане. Другая, нерастворимая часть образует осадочные породы.

За время эволюции с момента образования биосферы состав атмосферы изменился принципиально – появился и стал одним из основных компонентов кислород, образовался защитный озоновый слой, значительно колебалась концентрация диоксида углерода. На протяжении суток, а также в различные периоды года состав воздуха достаточно постоянен, что объясняется огромной массой земное атмосферы, интенсивным перемешиванием ее нижних слоев (в пределах тропосферы), большой скоростью диффузии газов. В состав атмосферного воздуха над незагрязненной территорией входит азот (78,08 % объема), кислород (20,95 %), аргон (0,93 %) и углекислый газ (0,03 %). На долю остальных газов приходится около 0,01 % общего объема атмосферы. Этот состав (табл. 1) меняется в зависимости от высоты и давления над уровнем моря.

РАЗДЕЛ 3

По сравнению с другими земными оболочками атмосфера имеет ряд присущих только ей особенностей – высокую подвижность, изменчивость ее компонентов, своеобразие физико-хими- ческих процессов. Состояние атмосферы определяет тепловой режим поверхности Земли, ее озоновый слой защищает живые организмы от жесткого ультрафиолетового излучения. Распределение тепла и влаги в атмосфере – основная причина существования природных зон на Земле, определяющих особенности гидрологического режима, состояние почвенно-растительного покрова

иважные процессы формирования рельефа.

Судалением от поверхности Земли плотность атмосферы постепенно уменьшается до высоты около 3 тыс. км, где ее плотность становится равной плотности межпланетного пространства.

По вертикали атмосфера имеет слоистое строение. Наиболее распространенное деление атмосферы на слои основано на изменении температуры с высотой. По мере удаления от поверхности Земли температура сначала снижается (тропосфера), затем практически не меняется (тропопауза), в дальнейшем начинает повышаться (стратосфера), на определенном участке опять остается практически неизменной (стратопауза), вновь начинает падать (мезосфера), проходит через слой с практически неизменными значениями (мезопауза) и далее увеличивается (термосфера). В реальных условиях границы соответствующих слоев не являются строго фиксированными и меняются в достаточно больших пределах, однако профили температур в слоях остаются неизменными.

Очень часто отдельные слои атмосферы объединяют в две группы. При этом тропосферу и стратосферу относят к «нижним слоям атмосферы», а мезосферу и термосферу объединяют понятием «верхние слои атмосферы». Ионизованная часть верхних слоев атмосферы называется ионосферой.

Ионосфера Земли создается солнечной радиацией, которая производит ионизацию земной атмосферы на высотах от 50 до 1000 км. Состав ионосферы в средних и низких широтах обусловлен главным образом волновой солнечной радиацией. В высоких широтах важную роль играет корпускулярная солнечная радиация.

Сразу после открытия ионосферы установилось мнение, что ионосфера состоит из нескольких четко разделенных ионосферных слоев.

Верхние слои атмосферы по составу образующих их ком-

понентов в значительной степени отличаются от нижних слоев.

Тихонова .Н .И » Барабаш .В .Н

Экология среды » Курс лекций

РАЗДЕЛ 3

Нижние слои более плотные, в них сосредоточена основная масса атмосферы; известно, что около 50 % общей массы атмосферы приходится на нижний слой толщиной всего 5 км, а масса слоя в 30 км составляет примерно 90 % всей массы атмосферы. К нижним слоям относят тропосферу, так как в ней сосредоточена большая часть космической и антропогенной пыли, водяного пара, различных газов. Тропосферу загрязняют также специфические вредные вещества, (микроэлементы) редко встречающиеся в природной среде. Воздух городской среды считается чистым, если ни один их компонентов, присутствующих в атмосфере, не способен нанести ущерб здоровью человека, флоре, фауне или вызвать ухудшение эстетического восприятия из-за наличия пыли, неприятных запахов, недостатка солнечного света при загазованности атмосферы.

Наиболее важные физико-химические процессы, протекают в стратосфере, простирающейся от верхней границы тропосферы до высоты около 50 км, и связаны с наличием в этой зоне атмосферы области с повышенным содержанием озона, часто называемой озоновым слоем. Концентрация озона на высотах расположения озонового слоя 15–26 км более чем в 100 раз превышает его концентрацию у поверхности Земли.

Озон – аллотропная модификация кислорода. Общая масса озона в атмосфере оценивается примерно в 3,3 млрд т. Это высокотоксичный газ, его токсичность примерно на порядок превышает токсичность диоксида серы. Озон – сильнейший окислитель, реагирующий практически с любыми веществами – от автомобильных покрышек до тканей легких человека. Поэтому дышать озоном нельзя, и его присутствие в воздухе тропосферы даже в сравнительно небольших количествах представляет опасность для всего живого.

Важной особенностью озона является его способность поглощать излучение. Озон разрушается, поглощая излучение с длиной волны меньше 1130 нм (инфракрасное излучение), но максимум поглощения наблюдается при длине волны менее 320 нм (ультрафиолетовое излучение). Озон поглощает ультрафиолетовое излучение в тысячи раз лучше, чем кислород, и количество озона в стратосфере, где концентрация его достигает максимальных значений, в десятки и сотни раз превышающих среднее его содержание в тропосфере, достаточно для практически полного погло-

РАЗДЕЛ 3

щения жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Поэтому озон стратосферы выполняет защитную функцию, и уменьшение его количества в этой области атмосферы может представлять опасность для биоты и прежде всего для человека.

Зона с максимальными значениями концентрации озона находится на высотах от 15 до 35 км. На больших высотах концентрация озона резко снижается, и на высоте более 85 км озон практически отсутствует.

Поэтому в качестве верхней границы биосферы принимается нижняя граница озонового слоя. Вот почему часто озоновый слой называют «озоновым щитом», защищающим Жизнь на Земле.

Газовая оболочка – самая «уязвимая» их геосфер, в которой перемещение воздушных масс носит глобальный характер. Поэтому проблема загрязнения атмосферы является актуальной.

Загрязнение атмосферного воздуха является самой серьезной экологической проблемой городской среды. Наибольшее количество вредных веществ попадает в атмосферу от транспорта (40 % от общего количества выбросов).

Опасность этого загрязнения обусловлена непосредственной близостью источников загрязнения к жилым районам; расположением источников загрязнения вблизи земной поверхности, в результате чего отработавшие (выхлопные) газы скапливаются в зоне дыхания людей. Особенно высокое содержание отработавших газов (ОГ) автотранспорта скапливается на уличных перекрестках перед светофором, где двигатели автомобилей работают на богатых смесях. В районах с узкими улицами и высотными домами выхлопные газы рассеиваются медленно и вызывают хронические отравления людей, длительное время находящихся на воздухе (инспектора дорожного движения, уличные торговцы и др.).

В состав отработавших газов входят в основном газообразные вещества и небольшое количество твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии. По характеру воздействия на организм человека вещества, входящие в состав отработавших газов, разделяются на нетоксичные и токсичные. К нетоксичным веществам относятся: азот, кислород, пары воды, оксид углерода (VI). К токсичным веществам – оксид углерода (II), углеводороды, оксиды азота, оксид серы (IV), альдегиды, бенз(а)пирен, сажа, свинец и др. Основной вклад в суммарную токсичность ОГ карбюраторных двигателей вносят оксид углерода (СО), оксиды азота,

Тихонова .Н .И » Барабаш .В .Н

Экология среды » Курс лекций

РАЗДЕЛ 3

углеводороды, а дизельных – оксиды азота, углеводороды, оксид серы и сажа.

Загрязняющие вещества автотранспорта имеют различный токсикологический эффект. Оксид углерода СО обладает выраженным отравляющим действием. Он нарушает окислительные процессы в организме человека, так как вступает в реакцию с гемоглобином крови, замещая в нем кислород. Часто наступает отравление даже небольшими дозами оксида углерода. При больших дозах (свыше 1 %) наступает потеря сознания и смерть.

Оксид азота (II) NO превращается в атмосферном воздухе в оксид азота (IV) NO2. При контакте оксида азота (IV) с влажной поверхностью (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) образуются азотная и азотистая кислоты, которые раздражают слизистые оболочки и поражают ткань легких. Воздействие оксидов азота нельзя ослабить никакими нейтрализующими действиями. Кроме того, они участвуют в фотохимических реакциях образования смога.

В составе ОГ содержится несколько десятков углеводородных соединений. Особенно опасным из них является канцерогенный углеводород – бенз(а)пирен.

Сажа – это твердые частицы углерода, также являются очень опасным компонентом. Она – носитель канцерогенных ароматических углеводородов (в том числе бенз(а)пирена), которые адсорбируются на ее поверхности и сохраняются долгое время.

Другим крупным источником выбросов являются промышленные (30 %) и энергетические (26 %) предприятия. Доля остальных источников, и в том числе предприятий ЖКХ, не превышает 2 %. Значительный вклад в загрязнение воздуха городов вносят теплоэнергетические предприятия: ТЭС, отопительные и производственные котельные.

Учет и регулирование загрязнений промышленных и энергетических предприятий ведут специальные службы (органы санитар- но-эпидемиологического надзора). Специалисты учитывают эти загрязнения в расчетах при проектировании городских территорий через фоновые концентрации.

Выброс в атмосферу загрязнений двигателями воздушных судов представляет собой серьезную проблему особенно в районе аэропортов, так как половина загрязняющих веществ, приходящихся на долю авиации выбрасывается здесь.