ком гигиена Гончарюк
.pdfЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
Главными характеристиками инверсий температуры является их повторя емость, мощность и интенсивность. Мощность инверсии определяют по раз нице между верхней и нижней границами инверсии, выраженной в километ рах. Интенсивность инверсии — это разница температур на ее границах (°С). Повторяемость приземных инверсий и слабого ветра в континентальных райо нах определяет возможность застоя воздуха в этих районах. В результате час того застоя воздуха строительство предприятий с низкими и холодными вы бросами на этой территории обусловливает накопление вредных веществ в при земном слое атмосферы. Средняя за год мощность приземных инверсий на боль шей части территории находится в пределах 0,3—0,5 км, а средняя за год интен сивность приземных инверсий — в диапазоне 1,5—10 °С.
Максимальные мощности и интенсивность инверсий наблюдаются зимой. Образуется как бы большая крыша, препятствующая поднятию загрязненного воздуха подниматься в верхний слой атмосферы. Местные климатические усло вия, рельеф местности могут способствовать распространению выбросов от источника загрязнения за пределы населенного пункта на десятки и сотни кило метров. Поэтому при проектировании промышленных предприятий должны быть предусмотрены такие условия, при которых максимальная приземная кон центрация вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух с выбросами, была бы ниже их ПДК. В Украине зимой наблюдается значительная повторяе мость приподнятой инверсии, охватывающей большую территорию. Инверсия усиливается в глубоких впадинах, котловинах, обрывах, долинах рек. Холодный воздух опускает и подтекает под теплый, образуя "озеро холода". В таких доли нах при наличии источников вредных выбросов концентрация загрязнений в атмосферном воздухе значительно повышается. Им свойственна высокая устой чивость состояния воздушных масс, которая нарушается лишь над кромкой.
На степень загрязнения атмосферного воздуха влияют облачность, тума ны, радиационный режим и осадки. Так, облачность, особенно низкая, препят ствует турбулентному обмену в атмосфере и способствует появлению продол жительной инверсии, при которой количество примесей в воздухе увеличивает ся от 10 до 60% . При поглощении примесей влагой могут образоваться более токсичные вещества. Например, происходит окисление серы диоксида до сер ной кислоты. При этом возрастает массовая концентрация примеси, так как вместо 1 г серы диоксида образуется 1,5 г серной кислоты. Во время тумана концентрация загрязнений увеличивается на 40—110% по сравнению с наблю дающейся до тумана. Под влиянием солнечной радиации происходят фотохи мические реакции и образуются вторичные продукты загрязнения атмосферы, которые могут быть токсичнее веществ, поступающих из источников выброса. Фотохимические реакции, протекающие в атмосфере, были бы невозможны ми, если бы от источника не поступала необходимая энергия. Например, моле кулярный кислород диссоциирует при энергии 500 кДж/моль. Такая энергия не может быть получена от газов при низкой температуре в атмосфере. Ее обес печивает солнечная радиация. Инфракрасная область спектра охватывает от 1 до 100 мкм ( 1 мкм = 10"6 м = 104 Â). Фотоны, излучаемые Солнцем (X = 1 мкм), имеют энергию 125 кДж/моль. Очевидно, что при X. = 100 мкм, энергия кванта
481
РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
света составляет 1,25 кДж/моль. Фотоны этого диапазона энергии могут на греть газ или привести его молекулы в возбужденное вращательное или ко лебательное состояние. Однако они не обусловливают перемещение электро нов. Для разрыва связи С—С или С—H необходима энергия почти в 350 и 420 кДж/моль соответственно. В УФ-диапазоне спектра от 0,4 до 0,2 мкм энер гия фотонов составляет от 290 до 580 кДж/моль. Поэтому большинство фото химических реакций происходит в близком ультрафиолетовом излучении или в нижней области видимого спектра. Фотохимическую диссоциацию молекул можно рассматривать как двухступенчатый процесс: 1) поглощение молекулой кванта энергии, что приводит их в состояние возбуждения; 2) диссоциация мо лекулы с образованием продуктов реакции. Так, в верхней атмосфере (более 80 км) фотоны А. = 0,2 мкм атакуют молекулярный кислород, вследствие чего образуется атомарный кислород. И в этой области кислород существует в виде одноатомных молекул кислорода:
0 2 + hu = 20*,
где hu — энергия фотона: и — частота, h — постоянная Планка (6,62 • 10"34 Дж • с).
Внижней атмосфере высотах атомарный кислород принимает участие
вреакции рекомбинации с образованием молекулярного кислорода — реакции присоединения 02 с образованием озона:
О* + 02 = 03 .
Под действием фотонов А, = 0,2—0,29 мкм происходит фотохимическая диссоциация озона:
0 3 + hu = 0 2 + О*.
Вследствие этой реакции над поверхностью земли образуется слой озона с наибольшей концентрацией на высоте между 16 и 32 км. В нижней атмосфере (тропосфере) озон образуется при фотохимическом цикле азота диоксида. При излучении А. 0,38 мкм азота диоксид диссоциирует по реакции:
N02 + hu -> NO + О*.
Это одна из наиболее важных фотохимических реакций в нижней атмо сфере, поскольку в ней образуется высокоактивный атомарный кислород. Ато марный кислород соединяется с молекулярным кислородом, образуя озон. Озон взаимодействует с азота оксидом, образуя азота диоксид и молекуляр ный кислород:
0 3 + NO = N02 + 02 .
Возможны и другие реакции при участии веществ, содержащих азот и кис лород. Азота диоксид может снова вступать в реакции, пока не преобразуется в кислоту или не прореагирует с органическими соединениями с образованием нитросоединений. Например, в присутствии капель водяного пара:
4 N02 + 2Н2 0 + 02 = 4HN03 или во время гидролиза в газовой фазе:
3N02 + Н2 0 = 2HN03 + NO.
482
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
Установлено, что концентрация озона в атмосфере возрастает пропорцио нально количеству азота оксида, окисленному до азота диоксида. Озон и ато марный кислород, который образуется вследствие диссоциации азота диокси да, реагирует с разными способными к реакции органическими веществами (особенно с олефинами с разветвленными и прямыми цепочками и внутренни ми двойными связями, три-, тетраалкилбензолами и олефинами с конечны ми двойными связями, диалкилбензолами, альдегидами, этиленом, толуолом, углеводородами парафинового ряда, ацетиленом, бензолом и др.) с образова нием органических и неорганических свободных радикалов:
03 + RCH = CHR = RCHO + RO' + НСО\
где RO*, НСО* — свободные радикалы. Альдегид RCHO, который образует ся в этой реакции, загрязняет атмосферный воздух. Затем происходит реакция взаимодействия свободного радикала с молекулярным кислородом с образова нием перекисных радикалов (ROO*):
R* + 02 = ROO\
Эти перекисные радикалы способны окислять N0 в N02 : ROO* + NO = N02 + RO*.
Таким образом, за счет реакций углеводородов этого типа увеличивается количество азота диоксида и озона. Дополнительным источником образования озона может быть также реакция перекисных радикалов с молекулярным кисло родом:
R 0 0 ' + 0 2 = R0' + 03 .
Часто один и тот же радикал, который является продуктом одной реакции, выступает как реагент в другой реакции. Поэтому относительно небольшое ко личество различных свободных радикалов может быть ответственным за обра зование таких веществ, как альдегиды, кетоны, углерода оксид, диоксид, соеди нения по типу пероксиацетилнитратов, перекисных, гидроперекисных соеди нений, пероксида водорода:
RC0'2 +N0*=RCO'+N02;
RCO'2 + 02 = R0'2 + С02;
RO' + NO- = RONO;
RO* + RH = ROH + R*;
RC0'3 + N02 = RC03N02.
В атмосфере населенных пунктов могут происходить и другие реакции об разования свободных радикалов. При этом атомарный кислород реагирует с водой, образуя гидроксильные радикалы (НО*). Гидроксильный радикал ини циирует цепочку реакций с озоном и углерода оксидом:
НО' + 03 = Н0'2 +02 ; НО* + СО = С02 + Н\
483
РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Атом водорода реагирует с молекулярным кислородом с образованием гидропероксильного радикала (НО*2):
Н* + 02 = НО*2.
Реакция заканчивается окислением азота оксида гидропероксильным ра дикалом до азота диоксида:
НО*2 + NO = N02 + HO'. Реакции, обрывающие цепочку, включают:
НО' + НО* = Н2 0 + О*; НО*2 + НО* = Н2 0 + 02 .
Следует отметить, что в описанных реакциях не только окисляется азо та оксид до азота диоксида, но и образуется формальдегид за счет реакции гидроксильных радикалов с метаном. Наряду с указанными выше реакциями фо тохимического окисления в атмосфере происходят также реакции окисления серы диоксида, поскольку в загрязненном атмосферном воздухе NOx, углево дороды и серы диоксид содержатся одновременно:
S02 + О' = S03.
В свою очередь, облучение олефинов и ароматических соединений в при сутствии NOx и серы диоксида приводит к образованию значительного коли чества аэрозолей, снижающих видимость атмосферы за счет рассеивания и по глощения солнечной радиации.
Атмосферные примеси, поступающие от различных антропогенных исто чников, и продукты их трансформации могут распространяться на значитель ные расстояния (табл. 79).
Условно выделяют три масштабные градации распространения примесей
а атмосфере: 1) локальный перенос (до 10 км) — характерный для загрязнения |
||
|
атмосферного воздуха в пригородной |
|
ТАБЛИЦА 79 |
зоне; 2) мезомасштабный перенос (до |
|
100 км), характерный для загрязнения |
||
Масштаб эмиссии некоторых |
||
веществ в атмосфере |
атмосферного воздуха в пределах райо |
|
|
Продол |
|
Расстояние |
житель |
Вещество |
эмиссии, |
ность |
|
км |
трансфор |
|
|
мации |
|
|
|
Азота оксид |
10 |
1 год |
Азота диоксид |
100 |
2 сут |
Пероксиацил- |
1000 |
4 сут |
нитраты |
|
|
Азотная кислота |
1000 |
4 сут |
Серы диоксид |
100 |
2 сут |
Серная кислота |
1000 |
5 сут |
Метан |
В глобаль |
10 лет |
|
ном масш |
|
|
табе |
|
|
|
|
на; 3) дальний перенос (более 100 км), в пределах страны (от источника выб роса).
Например, значительная концентра ция серы диоксида в выбросах из труб высотой 380 м никелевого завода в Ка наде определялась на расстоянии 400 км, а концентрация 41Аг из труб Брукхейвенского реактора в Нью-Йорке — на рас стоянии 150 км. Еще дальше распрост раняются выбросы от источников круп ных промышленных центров. Например, был зарегистрирован перенос углерода
484
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
оксида от индустриальных районов США вблизи Больших Озер до Гренлан дии. Расстояние, на которое переносятся примеси, в глобальном масштабе не большие, однако в густонаселенных районах выбросы одних стран наносят ущерб другим странам. В атмосфере нет границ. Так, 80% соединений се ры поступает в Швецию из стран Западной Европы. В Скандинавских странах "импорт" вредных промышленных выбросов в виде "кислых" дождей превра тил чистые озера в безжизненные водоемы. Германия является одним из прио ритетных "экспортеров" атмосферных загрязнений. Установлено, что 3 тыс. т ежегодного промышленного производства ртути из Германии переносится атмосферным воздухом. Для предупреждения дальнего переноса атмосферных примесей в ноябре 1979 г. на совещании в рамках Европейской экономической комиссии (ЕЭК) по охране окружающей среды в Женеве 34 страны подписа ли Конвенцию о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. Конвенция является первым международным документом, направленным на решение проблемы загрязнения воздушного бассейна со ссылкой на принцип 21 -й декларации Конференции ООН по проблемам окружающей среды (Сток гольм, 1972), который подтверждает ответственность государств за обеспече ние деятельности в рамках их юрисдикции. Конвенция о трансграничном за грязнении воздуха на большие расстояния вступила в действие 16 марта 1983 г. Она ратифицирована 31 участником Совещания и является основой для огра ничения, постепенного сокращения и предупреждения загрязнения атмосфер ного воздуха на большие расстояния. На первом этапе ее осуществления пер воочередное внимание обращали на уменьшение загрязнения атмосферного воздуха соединениями серы. В связи с этим в 1985 г. в Хельсинки был подпи сан Протокол о сокращении до 1993 г. выбросов серы и уменьшении их транс граничных потоков на 30% по сравнению с уровнем в 1980 г., а в 1988 г. — Протокол по ограничению выбросов азота оксидов. Основными направления ми деятельности ЕЭК являются: 1) проведение наблюдений и оценка распрос транения атмосферных загрязнений на большие расстояния в Европе; 2) изуче ние влияния основных атмосферных загрязнений на здоровье человека; 3) внед рение новейших технологий, методов пыле- и газоочистки; 4) анализ затрат в области борьбы с выбросами вредных веществ в атмосферный воздух; 5) содей ствие обмену информацией.
Созданная в 1977 г. сеть круглосуточного выборочного контроля, прово димого в соответствии с программой наблюдений и оценки распространения вредных веществ на большие расстояния в Европе, и ее международные цент ры (более 90 станций, расположенных вдоль границ стран-участниц, на кото рых проводят вертикальное зондирование до высоты 3—5 км через интерва лы 300—600 м) характеризуют вклад каждой страны в загрязнение воздушного бассейна других стран и региона в целом, являются фундаментом для контро ля выполнения международных соглашений по охране окружающей среды и выработки стратегии по уменьшению загрязнения воздушного бассейна в Европейском регионе.
Самоочищение атмосферы. В основе самоочищения атмосферы лежат фи зические и физико-химические процессы (адгезия, адсорбция, абсорбция, окис-
485
РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
лительно-восстановительные химические реакции), которые обусловливают седиментацию, вымывание атмосферных примесей. При этом имеют значение агрегатное состояние, растворимость, размер частиц атмосферных примесей. По агрегатному состоянию различают твердые аэрозольные, газо- и парообраз ные атмосферные загрязнения. Атмосферный воздух с примесями представ ляет собой аэродисперсную систему, в которой атмосферный воздух является дисперсионной средой, а примеси — дисперсной фазой. Предложено несколько классификаций аэродисперсных систем, среди них — классификации Джибса
иО.В. Рязанова. В соответствии с классификацией Джибса, основывающейся на размере примесей, частицы примесей величиной от 10 до 100 мкм составля ют собственно пыль, от 0,1 до 10 мкм — облака и туманы и до 0,1 мкм — ды мы. Согласно классификации В.О. Рязанова, которой придерживаются в нашей стране, аэродисперсные системы в зависимости от степени дисперсности при месей подразделяют на три группы:
1)аэрозоли с величиной частиц 0,001—0,1 мкм (дымы с твердой фазой
итуманы с жидкой фазой), которые наиболее активны, способны к молеку лярной диффузии, оседают только после коагуляции; для частиц размером 0,01 мкм и менее скорость диффузии превышает скорость оседания в 1000 раз;
2)тонкие аэросуспензии с размером частиц 0,1—10 мкм (тонкая пыль), ко торые оседают согласно закону Стокса;
3)грубые аэросуспензии с размером частиц 10—100 мкм (грубая пыль), которые выпадают из воздуха.
Аэрозольные частицы неблагоприятно влияют на здоровье населения, ин тенсифицируют химические реакции в атмосфере, снижают ее прозрачность, увеличивают вероятность осадков, туманов, облаков, уменьшают поток солнеч ной радиации, что обусловливает изменение температуры атмосферного воз духа и роста зеленых насаждений. Основной удельный вес составляют части цы размером от 0,1 до 10 мкм. Частицы размером до 0,1 мкм имеют свойства молекул и характеризуются беспорядочным перемещением, вызванным столк новением с молекулами газа. Частицы размером более 1 мкм, но не менее 20 мкм, перемещаются с потоком газовоздушной смеси. Частицы размером бо лее 20 мкм быстро оседают, в результате чего находятся в воздухе относитель но недолго (табл. 80).
Большое значение имеет также распределение частиц по размеру и объему. Данные, приведенные в табл. 81, свидетельствуют о том, что частицы разме-
|
|
|
ром от 0 до 1 мкм составляют лишь 3% от |
|
ТАБЛИЦА 80 |
массы (или объема). В то же время количество |
|
Влияние размера частиц |
частиц такого размера наибольшее по срав |
||
на скорость их оседания |
нению с количеством частиц размером более |
||
|
|
|
|
Размер частиц, |
Скорость оседа |
|
1—30 мкм. С точки зрения охраны здоровья, |
мкм |
ния, см/с |
|
большое значение имеет уменьшение коли |
0,1 |
4-Ю-5 |
|
чества частиц малых размеров в воздухе. |
1 |
410-3 |
|
Частицы размером менее 1 мкм обра |
10 |
0,3 |
|
зуются в атмосферном воздухе в результате |
100 |
30 |
|
|
|
конденсации, в то время как крупные части- |
||
|
|
|
|
|
|
|
486
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
цы — за счет измельчения (рас пыления) разных материалов или сгорания. Среди всех частиц, об разующихся во время эксплуата ции стационарных источников за
грязнения атмосферного воздуха, почти 85—90% поступают от энер гетических установок, особенно тех, которые сжигают битуминоз ный и лигнитовый уголь. В процес се сгорания могут образовывать ся частицы размером 0,1—1 мкм за счет испарения материала при
Т А Б Л И Ц А 81
Распределение частиц по количеству и объемному проценту как функция размера для типичной пробы атмосферного воздуха
Размеры |
Средний |
Относи |
|
|
тельное |
Объемный |
|||
частиц, |
размер, |
|||
количество |
процент ** |
|||
мкм |
мкм |
|||
частиц * |
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
10—30 |
20,0 |
1 |
27 |
|
5—10 |
7,50 |
112 |
53 |
|
3—5 |
4,00 |
167 |
12 |
|
0,5—1 |
0,75 |
4215 |
2 |
|
0—0,5 |
0,25 |
56 900 |
1 |
|
|
|
|
|
нагревании с дальнейшей конден |
* Количество частиц всех размеров берется отно |
|
сацией, менее 0,1 мкм — химиче |
сительно частиц со средним размером 20 мкм. |
|
ских реакций в процессе сгорания, |
** При неизменном удельном весе частиц объем |
|
ный процент аналогичен массовому проценту. |
||
1 мкм и больше (частицы золы) — |
механических процессов. В состав частиц входят элементарный углерод (в виде сажи или графита), а также угле
водороды (в процессе сгорания топлива и кислородсодержащих органических соединений) — продукты фотоокисления летучих органических соединений при участии азота оксидов, олефины с числом атомов углерода более 7, циклоолефины. На аэрозольных частицах сорбируются нитраты и сульфаты, кото рые образуются вследствие нейтрализации азотной и серной кислот под дей ствием аммиака или карбонатной пыли. Газообразные загрязнения не подпадают под действие силы тяжести, движение же твердых частиц зависит от действия как массы, так и среды — носителя, связанного с перемещением воздушных масс. Действие силы тяжести на рассеивание частиц состоит в том, что осевая линия выброса с переносом загрязнения ветром отклоняется вниз. Осаждение атмосферных примесей приводит к накоплению их в почве, повышению уров ня загрязнения источников водоснабжения, ухудшению санитарно-бытовых условий проживания населения. Так, по данным ВОЗ (Женева, 1980 г.), коли чество ПХБ, выпадающих ежегодно на территории североамериканского кон тинента, достигает 2 тыс. т.
Зеленые насаждения выполняют роль своеобразных "фильтров" атмосфер ных примесей. Растения очищают воздух от пыли. Под кронами деревьев на поверхности почвы осаждается в 5—10 раз больше пыли, чем на открытой местности. Например, сосновый древостой способен задерживать на 1 га до 36 т пыли. Даже зимой деревья имеют пылезащитное значение. За осенне-зим ний период средняя концентрация пыли в воздухе под деревьями снижается до 37%, летом — до 42%. Способность разных видов растений задерживать пыль обусловлена строением их листовых пластинок. Наиболее эффективны в этом отношении кустарники с клейкими шероховатыми листьями. Так, вяз задер живает пыли в 6 раз больше, чем тополь, а 1 га березовых насаждений — 1100—2300 кг за вегетационный период. Установлено, что наилучшую "фильт-
487
РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
рующую способность" имеют вяз периветвистый, клен ясенелистий, сирень обыкновенная. Пыль, оседающая на поверхности растений, содержит большое количество частиц тяжелых металлов. Поэтому деревья и кустарник способ ствуют снижению загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами, аккумулируя их в своих органах (листьях, корневой системе). Зеленые насаж дения также поглощают и нейтрализуют токсичные газы. Фитонциды, выделя емые в окружающую среду растениями, могут осаждать, окислять и нейтрали зовать летучие вещества. Фитонциды кустарниковых насаждений, содержащие линалилацетат, снижают концентрацию углерода оксида на 10—30%, серы ди оксида — на 50—74%, азота оксидов — на 15—35%. Эффективнее всего по глощают и нейтрализуют газы следующие породы зеленых насаждений: клен ясенелистый, клен остролистый, липа мелколистая, айлант высокий, ель колю чая, береза повисшая, граб обыкновенный, явор. Активность зеленых насажде ний изменяется в течение года. Начиная с октября лиственные деревья не вли яют на содержание атмосферных загрязнений, а хвойные породы деревьев и кустарников в этот период проявляют активность. Таким образом, в составе зе леных насаждений необходимо предусматривать и хвойные породы деревьев
икустарников. Химические вещества, попадающие из атмосферы в ткани рас тений, локализуются в хлоропластах — органеллах, которые содержат фотосин тетические пигменты растений, т. е. хлорофилл и каротиноиды. Хлоропласты
ивосстанавливающие кофакторы, образующиеся во время фотохимических реакций фотосинтеза, окисляют и нейтрализуют атмосферные загрязнения.
Метаболизаторами углерода оксида, NOx являются тис ягодный, граб обыкно венный, самшит вечнозеленый, кизил кроваво-красный, клен, а также липа шерстолистая, дуб каменный, рябина обыкновенная, черемуха обыкновенная, со сна веймутовая, ольха черная и серая, желтая акация, бузина. Максимальное количество свинца концентрируют листья конского каштана обыкновенного:
1кг сухого вещества листьев за сутки задерживает 1—3 мг свинца. Их можно рекомендовать для озеленения примагистральных территорий. Концентрация атмосферных загрязнений снижается по мере увеличения ширины и плотности полосы зеленых насаждений (табл. 82).
Разные вещества вымываются из атмосферы во время выпадания осад ков в виде кислотных дождей. Существует точка зрения, что кислотные дожди
|
|
|
|
|
|
ТАБЛИЦА 82 |
|
|
Газозащитные свойства зеленых насаждений бульваров |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ирина |
Коэф |
Интенсивность |
Коли |
Средняя |
|
Снижение |
|
фици |
автотранс |
чество |
скорость |
|
концентрации СО |
||
|
Тип |
||||||
полосы. |
ент |
портных по |
грузо |
автотранс |
относительно его |
||
застройки |
|||||||
ажур |
токов в обоих |
виков, |
портных по |
уровня на проез |
|||
|
|
||||||
|
ности |
направлениях |
% |
токов, км/ч |
|
жей части, % |
|
10,0 |
0,5 |
100 |
40 |
40 |
Смешанная |
54 |
|
50,0 |
0,05 |
2200 |
50 |
60 |
Тоже |
74 |
|
13,5 |
0,8 |
1500 |
20 |
40 |
Перимет |
55 |
|
|
|
|
|
|
ральная |
|
|
20,0 |
0,4 |
400—500 |
40 |
60 |
Тоже |
83 |
|
|
|
|
|
|
|
|
488
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
не являются порождением индустриализации. Они наблюдались издавна. Вслед ствие столкновения нашей планеты с кометой в атмосфере образовалось боль шое количество азота оксидов, выпадавших в виде дождей с высоким содер жанием азотной кислоты. В 1661 г., по показаниям очевидцев, в Лондоне был небывалый по силе смог. Житель Лондона Дж. Эвелин так описал ситуацию, наблюдающуюся в городе вследствие загрязнения воздуха и выпадения кис лых дождей: "Всюду пагубный дым, который затеняет красоту города, покры вает все налетом копоти, разрушает повозки, оставляет ржавчину на посуде, украшениях, домашней утвари, разъедает даже балки из чистого железа и са мый крепкий камень". Термин "кислотные дожди" появился в 1872 г. Его ввел английский инженер Роберт Смит, который изучал химизм осадков в районе Манчестера и результаты исследований опубликовал в монографии "Воздух и дождь: начала химической климатологии". В первые годы развития промыш ленности обнаруживали изменения химического состава дождей, которые вы падали вблизи промышленных центров. В 1911 г. было сообщение о выпаде нии дождей с кислой реакцией в районе Лидса (Великобритания). В середине 50-х годов XX в. определили очаг закислення осадков в северо-восточной и юго-западной части США. В наше время половина территории США подвер гается воздействию кислотных осадков с pH 4,1 и менее. Так, ученые Институ та исследований экосистемы и Йельского университета обнаружили, что в оса дках, которые выпадают на территории от штата Аляска до острова ПуэртоРико содержится в 3—7 раз больше кислоты, чем в обычной дождевой воде, а на вершине горы Мохонк содержание кислоты больше, чем в уксусе. Тума ны, изморозь и дожди в горных районах штата Нью-Йорк в 90% случаев имеют pH в пределах 2,66—4,66. Наибольшая кислотность туманов зафиксирована в Лос-Анджелесе (pH 1,7—4,0). Острая ситуация сложилась в Европе, особен но в Скандинавских странах. Здесь pH осадков составляет 4,1—4,3. В Японии снижение pH осадков наблюдается с начала 60-х годов. В 1973 г. в префекту рах Сидзуока и Яманаси дождь был причиной появления у местных жителей рези в глазах, першения в горле, кашля. Пострадали 30 тыс. человек. Динамика изменения pH осадков начиная с 1960 г. до нашего времени свидетельствует об увеличении содержания ионов водорода в дождевой воде в 100 раз. Однов ременно с закислением осадков было установлено закисление воды озер, рек. Впервые это явление в широких масштабах обнаружено в Швеции и Норвегии, а затем — в США и Канаде. Закисление природных водоемов кислотными ат мосферными осадками вызывает значительные изменения в экосистемах этих водоемов. Уменьшается количество разновидностей организмов, нарушаются трофические цепочки. Доказано, что pH 5,6 является предельным значением. Снижение его может привести к необратимым биологическим последствиям для водных экосистем. Уже на ранних стадиях закислення водоемов нарушают ся микробиологические процессы, а в водоемах с pH 5,0 угнетаются бактери альная активность и специфические биохимические процессы, уменьшаются количество и видовое разнообразие водорослей, зоопланктона, моллюсков, ры бы, раков, слизняков и лягушек. Репродуктивность рыбы прекращается при pH водной среды менее 4,5. В Канаде в результате выпадения частых кислотных
489
РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
дождей стали экологически мертвыми почти 4000 озер, а 12 тыс. озер находятся на грани гибели. В Швеции закислены 20 тыс. озер, из них в 18 тыс. озер нару шено биологическое равновесие. В Норвегии почти половина озер экологически мертвы. В Шотландии в большинстве подкисленных малых рек сократилось количество видов бесхребетных, бентоса, а также ацидофильных водорослей и водяного мха. При pH 3 почвы практически не плодоносят. Закисление почвы снижает скорость распада органических веществ, круговорота в системе поч ва — растение, а также продуктивность азотфиксирующих бактерий. Это при водит к ограничению поступления связанного азота в организм растений, угне тению процессов синтеза в корнях и надземной зеленой массе, нарушению углеводно-белкового обмена и замедлению их роста. Возрастает поглощение растениями Mn, Co, Zn, Fe, К, Mg и снижается поглощение Ca, Mo, что сущест венно задерживает рост корневой системы. Снижение pH почвенного раствора приводит к освобождению из почвенного комплекса растворимой формы AI, который угнетает клеточное деление в корнях, блокирует ферменты, разлага ющие полисахариды, уменьшает клеточное дыхание, нарушает поглощение, транспорт Ca, Mg, Р и воды. При избытке S042~ в почве возникает дефицит до ступного Ca из-за связывания его в труднорастворимую соль CaS04. Вместе с тем изменяется физическая структура почвы. Она уплотняется, воздухопрони цаемость ее снижается, что отрицательно влияет на жизнедеятельность расте ний. В 1985 г. на Международной конференции в Осло, посвященной охране окружающей среды, было отмечено, что в будущем окисление почвы может привести к возникновению более сложной проблеме, чем непосредственное действие кислотных дождей на растительность. Кислотные дожди наносят большой вред и лесам. В некоторых районах Швейцарии погибла треть елей.
Вгорно-лесных районах Баварии, Шварцвальда, Бадена пострадала почти по ловина лесных угодий. В последние десятилетия скорость роста многих вечно зеленых растений замедлилась в среднем на 20—30%. В Баден-Вюртемберге в результате загрязнения атмосферного воздуха пострадали 100% елей и 70% сосен. Леса теряют водоохранное и рекреационное значение. Установлено, что серы диоксид оказывает фитотоксическое действие: приводит к некрозу и хло розу листьев растений, изменению клеточной проницаемости и ионного балан са, потере несвязанной воды, снижению pH и буферной емкости цитоплазмы, преждевременному опаданию, уменьшению массы сухого вещества, общей площади и количества листьев, снижению прироста древесины, изменению со отношения корни/листья. Выброс больших объемов серы диоксида в атмосфе ру может привести к уничтожению растительности вблизи источника выброса. Так, в 30 км от завода черной металлургии в Садбери (штат Онтарио, США), где выбрасывается круглосуточно 6 тыс. т серы диоксида, отсутствует расти тельность. За этой "мертвой зоной" исчезли мхи, лишайники, хвойные породы деревьев. Лишайники гибнут от воздействия серной кислоты, которая образует ся в результате преобразования серы диоксида при ее концентрации в атмосфе ре 28,6—76,8 мкг/м3, хвойные деревья — при концентрации 200—2288 мкг/м3.
ВАнглии и Уэльсе, где средняя концентрация серы диоксида зимой превышала 71,4 мкг/м3, практически исчезли почти 100 видов лишайников. В США из-за
490