Экологические кризисы

измерениям на станциях наблюдения за фоном (мониторинга), расположенных в

различных районах мира и находящихся в удалении от непосредственных

антропогенных источников этого газа, концентрации различаются в десятки и

сотни раз. Наибольшие концентрации наблюдаются в Северном полушарии, причем

максимальных значений они достигают в восточных и центральных районах США,

в Центральной Европе (10—14 микрограммов на кубометр, или 3,4—4,8 чнб). В

районах, где крупных городов и промышленных центров меньше (запад США,

Европейская территория СССР и др.), концентрация сернистого газа на порядок

меньше (1—4 микрограмма на кубометр, или 0,34—1,37 чнб), а в некоторых

более чистых районах, как Кавказ и озеро Байкал, меньше 0,1 микрограмма на

кубометр, или 0,034 чнб. В Южном полушарии концентрация сернистого газа в

1,5—2 раза ниже, чем в Северном, над океаном существенно ниже, чем над

континентом, причем над океаном концентрация увеличивается с высотой, тогда

как над континентами она уменьшается,

При концентрации 8—12 чнм сернистый газ сильно раздражает дыхательные пути

и вызывает кашель, при 20 чнм он раздражает глаза. В присутствии других

загрязнителей, например при наличии аэрозольных частиц, для такого же

воздействия достаточно гораздо более низких концентраций сернистого газа.

Это объясняется тем, что совместный эффект двух загрязнителей превосходит

сумму воздействий каждого из загрязнителей, действующих порознь. Именно

это произошло во время печально знаменитого сернистого смога 5—9 декабря

1952 года в Лондоне, когда погибли 4 тысячи человек и были зарегистрированы

десятки тысяч заболеваний легких и верхних дыхательных путей. Рост

ежедневной смертности стал заметен, когда содержание сернистого газа

достигло 0,20 чнм, а содержание аэрозольных частиц составило 750

микрограммов на кубометр. В дальнейшем эти показатели, а также и смертность

продолжали расти, причем смертность увеличилась на 20 процентов, когда

содержание сернистого газа достигло 0,52 чнм, а аэрозолей — 2000

микрограммов на кубометр.

Лондон был, по-видимому, первым из крупных городов мира, которые

столкнулись с проблемой загрязнения атмосферы сернистым газом. Известно,

что еще в середине XIII века стали раздаваться протесты против

использования угля для отопления, но несмотря на королевский запрет,

изданный Эдуардом 1 в 1276 году, его потребление в каминах для отопления

домов продолжало расти. К этому вскоре прибавилось использование угля в

промышленности, и уже в XVIII веке содержание сернистого газа в воздухе над

Лондоном часто в несколько раз превосходило современную предельно

допустимую концентрацию. Сохранились свидетельства современников о том, что

путники, приближавшиеся к Лондону, уже за несколько миль до города

чувствовали резкий запах сернистого газа.

Лондонская трагедия 1952 года и аналогичные случаи «смогов-убийц» в

других крупных городах (Нью-Йорк, Роттердам и многие другие) сыграли свою

роль и во многих промышленно развитых странах побудили принять решительные

меры по сокращению выбросов сернистого газа (да и других загрязнителей). По-

видимому, это отразилось и на статистике глобальных антропогенных выбросов

сернистого газа в атмосферу. После быстрого роста выбросов в 1950-х годах

(ежегодный рост составлял 4,6 процента по сравнению с 1,2 процента в

предыдущее десятилетие, включавшее годы второй мировой войны). Последовало

уменьшение темпов роста вдвое (до 2,3 процента в год) в 1960-х годах и

дальнейшее уменьшение (до 2 процентов) в 1970— 1980 годах (но это все еще

был рост!).

Принятые меры не замедлили сказаться. После издания закона об охране

воздуха Большого Лондона, замены традиционных угольных каминов

бутафорскими (представьте себе, что означал для англичан отказ от

традиции!), введения парового отопления и расширения использования

электричества смоги, да и обычные туманы в английской столице стали гораздо

более редкими гостями. Их воздействие теперь никак нельзя сравнивать с

убийственным воздействием смогов 1950—1960-х годов.

В СССР в 1950—1960-х годах проблема загрязнения атмосферы сернистым

газом стояла не так остро, как а промышленно развитых капиталистических

странах. Однако и в нашей стране в те годы можно было заметить тенденцию к

ухудшению обстановки. В застойный период в отсутствии широкой гласности

возобладал ведомственный диктат, результатом которого стало развитие ради

развития и полнейшее игнорирование провозглашаемых гуманистических

принципов, таких, например, как «все на благо человека». Сейчас, с приходом

гласности, вдруг стало ясно, что у нас не только неблагополучно с

экологической обстановкой, но, по мнению многих авторитетных экологов, мы

находимся на пороге национальной экологической катастрофы. На Съезде

народных депутатов СССР впервые было сказано о наличии в нашей стране

неблагополучных с точки зрения экологии городов. В 1988 году в их список

вошли 104 города из 236 городов с населением свыше 100 тысяч человек. В

этих городах в течение года хотя бы один раз содержание того или иного из

загрязнителей было превышено десятикратно, более сложный индекс

загрязнения, учитывающий не только содержание загрязнителей, но и их

динамику, позволяет выделить 68 особенно неблагополучных городов с

суммарным населением в 43 миллиона человек. В этих городах (например, в

Нижнем Тагиле) так дальше жить уже невозможно.

В СССР выбрасывается в воздух ежегодно около 23 миллионов тонн

сернистого газа, что составляет приблизительно десятую долю от глобального

выброса этого газа и около четверти от всех выбросов вредных веществ в

атмосферу в нашей стране.

Для растений сернистый газ ядовит при содержании 2—3 чнм (или 6—9

миллиграммов на кубометр), но хронические повреждения наступают уже при

0.03 чнм (0,09 миллиграмма на кубометр). При больших концентрациях

сернистого газа происходит быстрое отмирание листьев и гибель всего

растения. Хронические повреждения при длительном воздействии малых

концентраций сернистого газа выражаются в накоплении вредных веществ в

тканях растения, разрушении хлорофилла, снижении интенсивности

фотосинтеза, нарушении роста, снижении урожая. Сернистый газ нарушает

водный обмен у растений, вызывает опадание листьев, усыхание молодых

побегов. Особенно чувствительны окисляется до серного ангидрида, который

жадно соединяется с водой или слабыми водными растворами облачных или

дождевых капель и образует сульфатные аэрозольные частицы. Их время

пребывания в нижней атмосфере несколько больше, чем у сернистого газа.

Аммиак и окислы азота. Третий по массе и по значению вид газообразного

загрязнения атмосферы образуют соединения азота — аммиак, закись азота,

окись азота и двуокись, или перекись, азота. Два первых газа имеют в

основном естественное происхождение, и мы не будем здесь на них

останавливаться.

Главные азотсодержащие загрязнители атмосферы — окись и перекись

азота. Оба газа ядовиты. Окись азота поступает в атмосферу в результате

жизнедеятельности микроорганизмов и горения. Естественные источники дают

около 450 миллионов тонн в год, антропогенные — вдесятеро меньше.

Основным антропогенным источником является высокотемпературное сжигание

ископаемого топлива, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания и

дизелях. В атмосфере окись азота довольно быстро окисляется в двуокись,

которая также образуется при горении. Некоторая доля двуокиси образуется

при вулканической деятельности и электрических разрядах в верхних слоях

атмосферы.

Средняя концентрация окиси азота достигает 2 чнб (3 микрограмма на

кубометр), двуокиси азота — 4 чнб (6 микрограммов на кубометр). В крупных

промышленных центрах их концентрация увеличивается в 10—100 раз. Так,

например, в пяти крупных городах США, расположенных в промышленном поясе

северо-востока и Среднего Запада, средняя годовая концентрация двуокиси

азота составляла 30—50 чнб (60—100 микрограммов на кубометр), а

среднегодовое значение максимумов — 140—260 чнб (290—530 микрограммов на

кубометр.

Окислы азота в атмосфере приводят к образованию коричневатого смога,

чему, как правило, способствует присутствие Других загрязнителей —

сернистого газа, углеводородов, а также местные метеорологические и

топографические условия. Такие смоги наносят ущерб здоровью людей, в

частности вызывают раздражение глаз и губят городскую растительность.

Окислы азота в облаках и туманах соединяются с водой, образуя капельки

разбавленной азотной кислоты или ее солей. Часть из них превращается в

твердые аэрозольные частицы, которые осаждаются на поверхности почвы и

воды, другая вымывается из атмосферы дождями, так что кислые дожди бывают

как сернокислыми, так и азотнокислыми.

Почти 90 процентов окислов азота, попадающих в атмосферу в результате

деятельности человека, образуется в результате сгорания топлива в

автомобильных двигателях (более 50 процентов) или в топках теплоцентралей и

тепловых электростанций. Большой вклад вносит также сжигание твердых

отходов — бытовых, промышленных и сельскохозяйственных, лесные пожары.

Источником окислов азота служат также ряд отраслей промышленности, в их

числе производство азотной кислоты, минеральных удобрений, искусственных

волокон и т. д.

Аэрозоли. Количество аэрозольных частиц, поступающих в атмосферу из

естественных источников, оценивается в 700—-2200 миллионов тонн в год, из

искусственных источников пока что впятеро меньше — 185—415 миллионов тонн в

год.

Процессы образования аэрозолей весьма разнообразны. Это прежде всего

раздробление, размельчение и распыление твердых веществ. В природе такое

происхождение имеет минеральная пыль, поднимаемая с поверхности пустынь

во время пыльных бурь. В северной части тропической Атлантики, куда

выносится сахарская пыль пассатными ветрами, атмосфера бывает настолько

замутненной, что солнце при восходе или закате оказывается невидимым

довольно высоко над горизонтом. Этот источник атмосферных аэрозолей имеет

глобальное значение, так как пустыни занимают около трети поверхности суши,

да еще имеется тенденция к увеличению их доли из-за неразумной деятельности

человека. Минеральная пыль с поверхности пустынь переносится ветром на

многие тысячи километров. Так, например, отмечалось выпадение больших

количеств сахарской пыли в Англии, а также и на противоположной стороне

Атлантического океана — на острове Барбадос.

Аналогично проявляется вулканический пепел, попадающий в атмосферу во

время извержений вулканов. Хотя крупные извержения происходят

сравнительно редко и нерегулярно, вследствие чего этот источник аэрозоля по

массе значительно уступает пыльным бурям, его значение весьма велико, так

как этот аэрозоль забрасывается в верхние слои атмосферы — в стратосферу.

Оставаясь там в течение нескольких лет, он отражает или поглощает часть

солнечной энергии, которая могла бы в его отсутствие достичь поверхности

Земли.

Источниками аэрозолей являются также технологические процессы

хозяйственной деятельности людей. Мощный источник минеральной пыли —

промышленность строительных материалов. Добыча и дробление пород в

карьерах, их транспортировка, производство цемента, само строительство —

все это загрязняет атмосферу минеральными частицами. Например, для

получения тонны цемента требуется тонко размолоть около 3 тонн исходной

породы, а ведь в мире производится не менее полумиллиарда тонн цемента! В

1983 году только социалистические страны и 6 главных капиталистических

стран произвели 460 миллионов тонн цемента. Одна только цементная

промышленность производит ежегодно около 7 миллионов тонн аэрозолей. Мощный

источник твердых аэрозолей — горнодобывающая промышленность, в особенности

при добыче угля и руд в открытых карьерах. В них на больших площадях

снимается верхний почвенный слой вместе с растительностью, и обнажившиеся

породы становятся беззащитными перед термическим и ветровым разрушением.

Сама добыча, которая состоит, собственно, в погрузке угля или руды

экскаваторами на железнодорожные платформы, является источником огромных

количеств пыли, загрязняющей воздух и местность на многие километры вокруг.

Этот способ добычи угля или руды кажется наиболее дешевым, но при оценке

его рентабельности не учитывается деградация окружающей среды. Но и добыча

в шахтах и рудниках — также источник аэрозолей, поскольку около них

образуются горы пустой породы (терриконы), разрушаемые ветром и водой.

Много аэрозолей вносят в атмосферу черная металлургия с ее огромными

объемами руды и кокса, цветная металлургия с обогатительными фабриками,

производство и применение минеральных удобрений и пестицидов и так далее.

Аэрозоли попадают в атмосферу при разбрызгивании растворов.

Естественный источник таких аэрозолей — океан, поставляющий хлоридные и

сульфатные аэрозоли, образующиеся в результате испарения морских брызг, в

количестве около миллиарда тонн в год, то есть около 40 процентов всего

аэрозоля, поступающего в атмосферу. Впрочем, вклад от человеческой

деятельности здесь невелик.

Еще один мощный механизм образования аэрозолей — это конденсация

веществ во время горения или неполное сгорание из-за недостатка кислорода

или низкой температуры горения. Так, например, образуются частицы сажи при

сжигании угля и других топлив. В природе главный источник таких аэрозолей —

это лесные пожары, люди же добавляют аэрозоли при сжигании угля, нефти,

древесины, отходов; аэрозоли поставляют дым металлургических заводов и т.

п. В сумме это дает 2—3 процента от общего поступления аэрозолей в

атмосферу. При горении образуются также газы — сернистый, окислы азота,

выброс которых, как говорилось выше, приводит к возникновению сульфатных и

нитратных аэрозолей. Этот вторичный источник аэрозолей вместе с аэрозолями,

образующимися из терпенов, углеводородов и т.п., дает около 8 процентов

общего поступления в атмосферу.

Аэрозоли удаляются из атмосферы тремя путями: сухим осаждением под

действием тяжести (главный путь для крупных частиц), осаждением на

препятствиях и вымыванием осадками.

Все сказанное выше приводит к тому, что размеры, состав, химические и

физические свойства аэрозолей весьма разнообразны. Например, их размеры

(радиусы) варьируют в основном в миллион раз — от тысячных долей до тысяч

микрон (т. е. миллионных долей метра).

Аэрозольное загрязнение. Аэрозоли, во-первых, воздействуют на

погоду и климат: оптически активные частицы с радиусами от 10-1 до 101

микронов вносят основной вклад в замутненность атмосферы; частицы с

радиусами от 10-2 до 102 микронов служат ядрами конденсации влаги и

способствуют образованию облаков и туманов, дождя и снега. портят здоровье

людей. В течение суток через легкие человека проходит 12—14 кубометров

воздуха. Концентрация аэрозоля в чистом воздухе составляет 10—12

микрограммов на кубометр, в промышленных городах вдесятеро, а иногда и в

несколько десятков раз больше. Даже если учесть, что крупные частицы

задерживаются в носовой полости, а очень мелкие возвращаются с выдыхаемым

воздухом, то и тогда в легких жителя промышленного центра ежесуточно может

оседать 1 миллиграмм аэрозолей. Химически неактивные аэрозоли

накапливаются в легких и ведут к их повреждениям. Обычный кварцевый песок и

другие силикаты — слюды, глины, асбест, тальк и др., накапливаясь в легких,

могут приводить к таким заболеваниям, как силикоз и даже рак легких.

Частыми оказываются хронические бронхиты, эмфизема легких, астма и другие

аллергические заболевания. Химически активные аэрозоли, а среди них немало

ядовитых, наносят вред не только легким, но и проникают в кровь, приводя к

заболеванию сердечнососудистой системы и печени.

Выше уже говорилось о действии кислых туманов, раздражающем слизистые

оболочки, глаза и кожу. В некоторых случаях аэрозоль может оказывать на

человека и психологическое действие: неприятные ощущения вызывают некоторые

запахи, ухудшение видимости, загрязнение одежды смолистыми или сажистыми

аэрозолями. Устранение ущерба, наносимого аэрозолями, иногда требует

значительных затрат.

Тяжелые металлы. Промышленные дымы содержат не только сажу, но и

множество других вредных веществ. Производство черных металлов

сопровождается не только выбросами сернистого газа и окиси железа, но и

таких ядовитых веществ, как сурьма, свинец, мышьяк, пары ртути. В еще

больших количествах ядовитые тяжелые металлы поступают в атмосферу из

предприятий цветной металлургии. Они составляют половину источников

поступления в атмосферу меди и цинка. Сжигание топлива дает 85 процентов

выбросов в атмосферу ванадия, 98 — кобальта, 80 — сурьмы, 77 — никеля, 50

процентов селена. С выхлопами автомобилей выбрасывается 250—300 тысяч тонн

свинца, который с 1924 года используется в примеси к бензину (в виде

тетраэтилсвинца) как антидетонатор. Уже в 1940 году его содержание в

образцах материкового льда Гренландии превысило допустимую норму в 175 раз,

а в 1966 году норма была превышена в 500 раз!

Больше всего это отношение у свинца: 17,5: его выбрасывается в

атмосферу много больше Других металлов и в абсолютном выражении — около

трети миллиона тонн в год. Затем идут четыре элемента, которые поступают в

атмосферу из-за человеческой деятельности вдвое больше, чем от естественных

источников: это кадмий, цинк, мышьяк и никель.

Радиоактивность. Что бы ни говорилось об якобы обеспеченной

экологической чистоте ядерной энергетики, возможность загрязнения

окружающей среды существует практически на всех этапах производства как

ядерной энергии, так и ядерного оружия, причем сейчас мы говорим о

контролируемых технологических процессах, хотя наибольший ущерб могут

причинить аварии на предприятиях атомной промышленности. Правда,

вероятность таких аварий, по расчетам специалистов, мала. Вероятность

крупной аварии с повреждением противоаварийной оболочки реактора в 1975

году была оценена специалистами США как один раз за миллион лет. Однако

последствия таких аварий могут быть настолько ужасными, что даже эта малая

вероятность не может успокоить общественность всех стран. И это доказала

самая большая за историю атомной энергетики катастрофа на Чернобыльской

АЭС.

Естественная радиоактивность, интенсивность которой в специфических,

выработанных физиками единицах, оценивается в 10—20 микрорентген в час,

создается в атмосфере двумя источниками. Во-первых, это выделение

радиоактивных газов из минералов земной коры. Таково происхождение газа

радон-222, который имеет период полураспада в 3,8 суток, и совсем уже

короткоживущего торона, он же радон-220: период его полураспада 54 секунды.

Во-вторых, это воздействие космических лучей на атмосферные газы,

приводящее к образованию радиоактивных изотопов — трития (водород-З),

углерода-14, бериллия-7 и некоторых других.

Рентген (Р) — это количество рентгеновского, или гамма-излучения,

которое путем ионизации создает в воздухе некоторый определенный

электрический заряд (2,58-10-4 кулонов на килограмм). Употребляется

также единица рад— это доза радиации, равная энергии 10 мДж, поглощенной

килограммом облученного вещества. Используется и биологический эквивалент

рентгена (бэр); он равен дозе ионизирующего излучения, дающей такой же

биологический эффект, что и рентгеновское излучение в один рентген.

Отношение между бэром и радом для рентгеновского и гамма-излучения и

электронов равно единице, для медленных нейтронов — трем, для альфа-частиц,

быстрых нейтронов и протонов—десяти, для осколков деления урана — двадцати.

Это отношение характеризует относительную биологическую эффективность

соответствующего вида излучения.

Уже при добыче сырья на урановых или ториевых шахтах, как и при добыче

обычной руды, образуется много пыли, но эта пыль радиоактивна. Она и

выделяющиеся радиоактивные газы могут оказаться в атмосфере при

вентилировании шахт. На обогатительных фабриках урановая руда дробится и

распыляется, и в воздух может попадать не только радиоактивная пыль, но и

ядовитые вещества: ванадий, мышьяк, селен и др. Далее концентрат

урановой руды растворяют, при этом в атмосферу могут выделяться

радиоактивные пары, или обрабатывают фтором с образованием и возгонкой

шестифтористого урана. В дальнейшем это радиоактивное и крайне ядовитое

вещество прогоняется по длинным трубам с фильтрами (метод газовой диффузии)

или центрифугируется для отделения ядерного топлива — урана-235.

Естественно, что вероятность просачивания ядовитого и радиоактивного

шестифтористого урана через многочисленные соединения труб при всем этом

довольно велика. Изготовление топливных элементов для атомных

электростанций, включающее механическую и тепловую обработку ядерного

топлива, осуществляется в герметических помещениях с помощью дистанционно

управляемых манипуляторов. Тем не менее вероятность попадания

радиоактивности в окружающую среду имеется и здесь.

Вероятность радиоактивного загрязнения окружающей среды при

нормальной работе атомных электростанций невелика, но аварии, как

упоминалось выше, могут иметь катастрофические последствия. По данным

международной организации (МАГАТЭ), за 15 лет с 1971 по 1985 год произошла

151 авария в 14 странах, то есть ежегодно происходило не менее 10 аварий.

Крупных аварий за 30 лет насчитывается три. В 1957 году на АЭС в Уиндскейле

Страницы: 1, 2, 3, 4