Загрязнение атмосферы

на Земле. Его концентрация на высоте 20 – 22 км от поверхности Земли, где

она достигает максимума, ничтожно мала. Эта естественная защитная пленка

очень тонка: в тропиках ее толщина составляет всего 2 мм, у полюсов она

вдвое больше.

Активно поглощающий ультрафиолетовое излучение озоновый слой создает

оптимальные световой и термические режимы земной поверхности, благоприятные

для существования живых организмов на Земле. Концентрация озона в

стратосфере непостоянна, увеличиваясь от низких широт к высоким, и

подвержена сезонным изменениям с максимумом весной.

Своему существованию озоновый слой обязан деятельности

фотосинтезирующих растений (выделение кислорода) и действию на кислород

ультрафиолетовых лучей: 3О2+235кДж= 2О3.

Он защищает все живое на Земле от губительного действия этих лучей.

Молекула газа озона содержит три атома кислорода (О3) в отличие от обычной,

двухатомной, молекулы кислорода (О2). Предполагается, что глобальное

загрязнение атмосферы некоторыми веществами (фреонами, оксидами азота и

др.) может нарушить функционирование озонового слоя Земли.

Главную опасность для атмосферного озона составляет группа химических

веществ, объединенных термином «хлор-фторуглероды» (ХФУ), называемых также

фреонами. В течение полувека эти химикаты, впервые полученные в 1928 г.,

считались чудо - веществами. Они нетоксичны, инертны, чрезвычайно

стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и

хранении. И поэтому сфера применения ХФУ динамично расширялась. В массовых

масштабах их начали использовать в качестве хладагентов при изготовлении

холодильников. Затем они стали применяться в системах кондиционирования

воздуха, а с началом всемирного аэрозольного бума получили самое широкое

распространение. Фреоны оказались очень эффективны при промывке деталей в

электронной промышленности, а также нашли широкое применение в производстве

пенополиуретанов. Пик их мирового производства пришелся на 1987 – 1988 гг.

и составил около 1,2 – 1,4 млн., т. в год, из которых на долю США

приходилось около 35%.

Механизм действия фреонов следующий. Попадая в верхние слои

атмосферы, эти инертные у поверхности Земли вещества становятся активными.

Под воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в их

молекулах нарушаются. В результате выделяется хлор, который при

столкновении с молекулой озона «вышибает» из нее один атом. Озон перестает

быть озоном, превращаясь в кислород. Хлор же, соединившись временно с

кислородом, опять оказывается свободным и «пускается в погоню» за новой

«жертвой». Его активности и агрессивности хватает на то, чтобы разрушить

десятки тысяч молекул озона.

Активную роль в образовании и разрушении озона играют также оксиды

азота, тяжелых металлов (меди, железа, марганца), хлор, бром, фтор. Поэтому

общий баланс озона в стратосфере регулируется сложным комплексом процессов,

в которых значительными являются около 100 химических и фотохимических

реакций. С учетом сложившегося в настоящее время газового состава

стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70 % озона

разрушается по азотному циклу, 17 – по кислородному, 10 – по водородному,

около 2 – по хлорному и другим и около 1,2 % поступает в тропосферу.

В этом балансе азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты

участвуют как бы в виде катализаторов, не меняя своего «содержания»,

поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению из

нее, существенно сказываются на содержании озона. В связи с этим попадание

в верхние слои атмосферы даже относительно небольших количеств таких

веществ может устойчиво и долгосрочно влиять на установившийся баланс,

связанный с образованием и разрушением озона.

Нарушить экологический баланс, как показывает жизнь, совсем несложно.

Неизмеримо сложнее восстановить его. Озоноразрушающие вещества на редкость

стойки. Различные виды фреонов, попав в атмосферу, могут существовать в ней

и творить свое разрушительное дело от 75 до 100 лет.

Малозаметные поначалу, но накапливающиеся изменения озонового слоя

привели к тому, что в Северном полушарии в зоне от 30 до 64-го градуса

северной широты с 1970 г. общее содержание озона сократилось на 4% зимой и

на 1% летом. Над Антарктидой – а именно здесь впервые была обнаружена

«пробоина» в озоновом слое – каждую полярную весну открывается огромная

«дыра», с каждым годом все увеличивающаяся. Если в 1990 – 1991 гг. размеры

озоновой «дыры» не превышали 10,1 млн. км2, то в 1996 г., как сообщает

бюллетень Всемирной метеорологической организации (ВМО), ее площадь уже

составляла 22 млн. км2. Эта площадь в 2 раза больше площади Европы.

Количество озона над шестым континентом было вполовину ниже нормативного.

Более 40 лет ВМО наблюдает за озоновым слоем над Антарктидой. Феномен

регулярного образования «дыр» именно над ней и Арктикой объясняется тем,

что озон особенно легко уничтожается при низких температурах.

Впервые беспрецедентная по своим масштабам озоновая аномалия в

Северном полушарии, «накрывшая» гигантскую площадь от побережья Ледовитого

океана до Крыма, была зафиксирована в 1994 г. Озоновый слой угасал на 10 –

15%, а в отдельные месяцы – на 20 – 30%. Однако даже эта – исключительная

картина не говорила о том, что вот-вот грянет еще более масштабная

катастрофа.

И, тем не менее, уже в феврале 1995 г. ученые Центральной

аэрологической обсерватории (ЦАО) Росгидромета зарегистрировали

катастрофическое падение (на 40%) озона над районами Восточной Сибири. К

середине марта ситуация еще более осложнилась. Это означало только одно –

над планетой образовалась еще одна озоновая «дыра». Однако сегодня трудно

говорить о периодичности появления этой «дыры». Будет ли она увеличиваться

и какую территорию захватит – это покажут наблюдения.

Происшедшее в Восточной Сибири аномальное явление вызвало настоящий

шок у мировой научной общественности. На проходившей недавно в Греции

международной конференции достаточно активно обсуждалась, в частности,

Сибирская аномалия. Однако там не было выработано единого мнения о причинах

возникновения подобных явлений.

В 1985 г. над Антарктидой исчезла почти половина озонового слоя, при

этом появилась «дыра», которая через два года расползлась на десятки

миллионов квадратных километров и вышла за пределы шестого континента. С

1986 г. истощение озона не только продолжалось, но и резко усиливалось – он

улетучивался в 2 – 3 раза быстрее, чем прогнозировали ученые. В 1992 г.

озоновый слой уменьшился не только над Антарктидой, но и над другими

районами планеты. В 1994 г. была зарегистрирована гигантская аномалия,

захватившая территории Западной и Восточной Европы, Северной Азии и

Северной Америки.

Если вникнуть в эту динамику, то складывается впечатление, что

атмосферная система действительно вышла из равновесия и неизвестно, когда

стабилизируется. Возможно, озоновые метаморфозы в какой-то мере есть

отражение длительных циклических процессов, о которых мы мало что знаем.

Для объяснения нынешних озоновых пульсаций нам не хватает данных. Быть

может, они естественного происхождения, и, возможно, со временем все

утрясется.

Многие страны мира разрабатывают и осуществляют мероприятия по

выполнению Венских конвенций об охране озонового слоя и Монреальского

протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

В чем заключается конкретность мер по сохранению озонового слоя над

Землей?

Согласно международным соглашениям промышленно развитые страны

полностью прекращают производство фреонов и тетрахлорида углерода, которые

также разрушают озон, а развивающиеся страны – к 2010 г. Россия из-за

тяжелого финансово-экономического положения попросила отсрочки на 3 – 4

года.

Вторым этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и

гидрофреонов. Уровень производства первых в промышленно развитых странах с

1996 г. заморожен, гидрофреоны полностью снимаются с производства к 2030 г.

Однако развивающиеся страны до сих пор не взяли на себя обязательств по

контролю над этими химическими субстанциями.

Восстановить озоновый слой над Антарктидой при помощи запуска

специальных воздушных шаров с установками для производства озона надеется

английская группа защитников окружающей среды, которая называется «Помогите

озону». Один из авторов этого проекта заявил, что озонаторы, работающие от

солнечных батарей, будут установлены на сотнях шаров, наполненных водородом

или гелием.

Несколько лет назад была разработана технология замены фреона

специально подготовленным пропаном. Ныне промышленность уже на треть

сократила выпуск аэрозолей с использованием фреонов, В странах ЕЭС намечено

полное прекращение использования фреонов на заводах бытовой химии и т.д.

Разрушение озонового слоя – один из факторов, вызывающих глобальное

изменение климата на нашей планете. Последствия этого явления, названного

«парниковым эффектом», крайне сложно прогнозировать. А ведь ученые с

тревогой говорят и о возможности изменения количества осадков,

перераспределении их между зимой и летом, о перспективе превращения

плодородных регионов в засушливые пустыни, повышении уровня Мирового океана

в результате таяния полярных льдов.

Последствия разрушения озонового слоя можно проиллюстрировать

примерами. Так, 1%-ное сокращение озонового слоя вызывает 4%-ный скачок в

распространении рака кожи. Вызывая рак кожи и ее старение, ультрафиолетовые

лучи одновременно подавляют иммунную систему, что приводит к возникновению

инфекционных, вирусных, паразитарных и других заболеваний, к которым

относятся корь, ветряная оспа, малярия, лишай, туберкулез, проказа и др.

Десятки миллионов жителей планеты полностью или частично потеряли зрение из-

за катаракты – болезни, которая возникает в результате повышенной солнечной

радиации.

Рост губительного воздействия ультрафиолетового излучения вызывает

деградацию экосистем и генофонда флоры и фауны, снижает урожайность

сельскохозяйственных культур и продуктивность Мирового океана.

К ультрафиолетовым лучам очень чувствительны хвойные деревья и злаки,

овощи, бахчевые культуры, сахарный тростник и бобовые. Данные экспериментов

свидетельствуют о том, что рост некоторых растений сдерживается

существующим уровнем радиации.

Фоновое загрязнение атмосферы.

Фоновое техногенное загрязнение атмосферы формируется преимущественно

под влиянием промышленных выбросов и условий регионального и глобального

рассеяния загрязняющих веществ в атмосфере.

Содержание диоксида серы в атмосфере фоновых районов европейской

территории России в холодное время года изменяется от 0,0046 мг/м3 на

северо-западе до 0,001 мг/м3 в юго-восточной части региона, сульфатов – от

0,01 до 0,007 мг/м3. В теплое время года концентрация диоксида серы в 2 – 8

раз ниже. Повышение концентраций зимой обусловлено ухудшением

метеорологических условий рассеяния примесей, увеличением количества

промышленных выбросов, замедлением химических процессов трансформации

веществ при низкой температуре воздуха.

На азиатской территории России фоновые концентрации диоксида серы и

сульфатов в равнинных районах достигают 0,001 – 0,002 мг/м3.

Среднегодовая фоновая концентрация свинца в атмосферных осадках на

территории России составляет 1,5 – 2 мкг/л.

Традиционное повышение содержания ртути в осадках наблюдается в юго-

восточной части ЕТР и районах вокруг оз. Байкал – почти до 3 мкг/л. Годовой

поток ртути в этих регионах составляет соответственно 0,71 и 0,92 мг/м2. В

Центральном районе ЕТР концентрация ртути в осадках колебалась в пределах

0,13 – 0,33 мкг/л, а годовой поток не превышал 0,2 мг/м2.

Фоновые станции на европейской территории России в отдельные годы

отмечали увеличение концентрации соединений азота (нитратов, аммония) в

осадках в 1,3 – 2 раза.

Высокие уровни среднегодового выпадения серы (550 – 750 кг/км2) и

суммы соединений азота (370 – 720 кг/км2) в виде значительных по площади

ареалов (несколько тыс. км2) наблюдаются в густонаселенных и промышленных

районах страны: в Северо-западном, Центральном, Центрально-Черноземном,

Уральском, в Кемеровской области, Алтайском крае и в районе Норильска.

Локальные ареалы (площадью до 1 тыс. км2) с интенсивностью среднегодовых

выпадений серы 1500 – 3000 кг/км2 фиксируются в ближних следах

металлургических и нефтеперерабатывающих предприятий, крупных ГРЭС, а также

больших городов. Они отмечаются вокруг Мончегорска, Никеля, Санкт-

Петербурга, Омска, Норильска, Новокузнецка, Москвы, Красноярска, Иркутска и

др. Максимальные уровни среднегодового выпадения азота в локальных ареалах

(300 – 600 кг/км2) отмечаются в Череповце, Санкт-Петербурге, Нижнем

Новгороде, Самаре, Уфе, Магнитогорске, Троицке, Челябинске, Екатеринбурге,

Асбесте, Перми, Новосибирске, Барнауле, Новокузнецке, Иркутске и Ангарске.

Среднегодовые значения регионального фона нагрузок атмосферных выпадений

соединений серы и азота на большом (100 км и более) удалении от крупных

промышленных источников выбросов в центре ЕТР для серы меняются в пределах

400 – 600 кг/км2, на севере они превышают 250 кг/км2, для нитратного азота

значения регионального фона изменяются от 100 кг/км2 в центре ЕТР до 50

кг/км2 на севере. На азиатской территории России региональный фон

среднегодовых выпадений серы и азота ниже, чем на европейской. Так, в

промышленных регионах он составляет (кг/км2): для серы – 200 – 300,

нитратного азота – 50 – 100, суммы соединений азота – 150 – 200. Самые

низкие в России среднегодовые уровни выпадений наблюдаются в Якутии: по

сере – 50 – 120 кг/км2, нитратному азоту – 10 – 40 и сумме соединений азота

– менее 150 кг/км2.

Доля выпадений серы, обусловленная переносом воздушных масс из

соседних областей, в большинстве случаев не превышает 50%. Однако в

Белгородской, Курганской и Новгородской областях более половины всей массы

выпадений вызвана переносом их из соседних областей.

На европейской территории России уровень критических нагрузок по

выпадениям серы превышается лишь на локальных участках (Кольский п-ов,

Ленинградская, Московская и Рязанская области), а по среднегодовым

выпадениям азота (280 – 700 кг/км2) – примерно на половине площади этой

территории (Северо-западный, Северный и Центральный экономические районы).

Для Урала и азиатской территории России этот показатель не оценен из-за

отсутствия данных по уровням критических нагрузок.

Большую долю в загрязнении атмосферы составляют выбросы вредных

веществ от автомобилей. Сейчас на Земле эксплуатируется около 500 млн.

автомобилей, а к 2000 г. ожидается увеличение их числа до 900 млн. В 1997

г. в Москве эксплуатировались 2400 тыс. автомобилей при нормативе 800 тыс.

автомобилей на действующие дороги.

В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше

половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным

источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при

пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26

– 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше

потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу

(кг/год): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших

углеводородов – 230 и твердых веществ – 2 – 5. Кроме того, выбрасывается

много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного

бензина.

Наблюдения показали, что в домах, расположенных рядом с большой

дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3 – 4 раза чаще, чем в домах,

удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также водоемы,

почву и растения.

Кислотность атмосферных осадков.

Обзор данных по кислотности атмосферных осадков за год по 44 станциям

Федеральной сети Росгидромета и некоторым пунктам региональной сети

(исключая станции, расположенные в крупных городах и промышленных центрах)

показал, что наибольшее количество кислых компонентов за этот год выпало

вдоль западной границы Российской Федерации при переносе с запада и юго-

запада теплых и влажных воздушных масс. По направлению с запада и северо-

запада на восток и юго-восток ЕТР кислотность осадков и их количество

заметно уменьшаются. Общую тенденцию к повышению щелочности осадков можно

объяснить постепенным возрастанием континентального климата и увеличением

сухости воздуха.

Зимой на Среднерусской возвышенности, большей части Приволжской и на

юге лесостепной зоны величина рН колебалась около 5.

Кислотность атмосферных осадков уменьшается на побережье северных,

западно- и восточносибирских морей. Осадки, выпадающие в Западной и

Восточной Сибири, обладают пониженной кислотностью, что связано с

повышенной и устойчивой запыленностью воздуха в этих районах;

Результаты наблюдений за единичными значениями величины рН осадков

показывают, что направленных региональных изменений их кислотности на

территории РФ в 1997 г. не произошло. Крайние значения этой величины

изменились более чем в 100 раз на ЕТР и почти в 1000 раз в Западной и

Восточной Сибири, причем при осреднении соответствующих данных за 30-летний

период кислотность осадков находилась в пределах одного порядка измеряемой

величины.

Пространственно зоны выпадения осадков с повышенной кислотностью

(рН<4) в основном сохранились: северо-запад РФ, Предуралье, западные и

центральные районы Воронежской, Ростовской и Волгоградской областей,

акватории Финского залива и Ладожского озера.

Источники загрязнения атмосферы.

К природным источникам загрязнения относятся: извержения вулканов,

пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы

морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического

происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве

фонового, который мало изменяется со временем.

Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной

деятельностью человека. К ним следует отнести:

1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5

млрд. т. углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860 – 1960

гг.) содержание СО2 увеличилось на 18 % (с 0,027 до 0,032%). За последние

три десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. При таких темпах

к 2000 г. количество углекислого газа в атмосфере составит не менее 0,05%.

2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании

высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута

образуются кислотные дожди.

3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и

газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к

повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

4. Производственная деятельность.

5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и

загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при

сжигании мусора).

6. Выбросы предприятиями различных газов.

7. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется

самый массовый загрязнитель – монооксид углерода.

8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств,

сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

9. Вентиляционные выбросы (шахтные стволы).

10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из

помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые

источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м3. В

больших количествах озон является высокотоксичным газом.

Средства защиты атмосферы

Требования к выбросам в атмосферу. Средства защиты атмосферы должны

ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на

уровне не выше ПДК. Во всех случаях должно соблюдаться условие:

С+сф ( ПДК

(4)

по каждому вредному веществу (сф – фоновая концентрация). Соблюдение

этого требования достигается локализацией вредных веществ в месте их

образования, отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в

атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают

ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки,

установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные,

технологические и транспортные выпускные системы.

На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного

воздуха:

– вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;

– локализация токсичных веществ в зоне их образования местной

вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его

возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки

в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;

– локализация токсичных веществ в зоне их образования местной

вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс

и рассеивание в атмосфере;

– очистка технологических газовых выбросов в специальных

аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом

отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом;

– очистка отработавших газов энергоустановок, например, двигателей

внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или

производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения и т. п.)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5