

РУБРИКИ	Реферат: Загрязнение атмосферы	РЕКЛАМА

ПОИСК

Реферат: Загрязнение атмосферы

Международный Независимый Эколого-Политологический Университет Пензенский филиал

Факультет экопсихологии и филологии

Специальность: Филология Предмет: Экологические проблемы современности

Тема

Загрязнение атмосферы, как одна из важнейших экологических проблем современности

Реферат

Выполнила:

Студентка

группы Ф-1

Еремышина М.С.

Проверил:

Доцент, кандидат

биологических наук

Келина Н.Ю.

Пенза 2000 г. План. I. Введение. Деформация и разрушение экосистемы в XX веке. II. Загрязнение атмосферы. а) приземная атмосфера. III. Состав и расчет выбросов загрязняющих веществ. а) энергетические установки. IV. Атмосферный воздух; трансграничное загрязнение. а) фоновое загрязнение. б) кислотность атмосферных осадков. в) источники загрязнения атмосферы. V. Средства защиты атмосферы. а) оборудование для очистки выбросов. б) охрана атмосферного воздуха. Заключение. Введение Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооруженности в корне изменили ситуацию на Земле. Если в недавнем прошлом вся человеческая деятельность проявлялась отрицательно лишь на ограниченных, хоть и многочисленных территориях, а сила воздействия была несравненно меньше мощного круговорота веществ в природе, то теперь масштабы естественных и антропогенных процессов стали сопоставимыми, а соотношение между ними продолжает изменяться с ускорением в сторону возрастания мощности антропогенного влияния на биосферу. Опасность непредсказуемых изменений в стабильном состоянии биосферы, к которому исторически приспособлены природные сообщества и виды, включая самого человека, столь велика при сохранении привычных способов хозяйствования, что перед нынешними поколениями людей, населяющими Землю, возникла задача экстренного усовершенствования всех сторон своей жизни в соответствии с необходимостью сохранения сложившегося круговорота веществ и энергии в биосфере. Кроме того, повсеместное загрязнение окружающей нас среды разнообразными веществами, подчас совершенно чуждыми для нормального существования организма людей, представляет серьезную опасность для нашего здоровья и благополучия будущих поколений. Сама жизнь заставляет обновить ранее полученные знания, которых стало совершенно недостаточно для обеспечения хотя бы повседневного самосохранения. Да и общечеловеческую задачу переустройства сложившегося уклада нельзя решить лишь только силами специалистов и облеченных государственными полномочиями институтов управления общественным развитием. Требуется широкое просвещение всего населения от мала до велика по многочисленным и весьма разнообразным вопросам, касающимся жизнедеятельности человека, устройства природных сообществ и всей биосферы, особенностей ряда веществ и процессов, а также отдельных технологий, – для того чтобы все общество было подготовлено к сознательному принятию радикальных необычных мер организационного, правового и экономического характера, обеспечивающих глобальную перестройку сложившегося природопользования и изменения научно-технического направления развития. Особая роль в этом процессе отводится тем, чья повседневная профессиональная деятельность включена в гигантский механизм обеспечения человечества всем необходимым для существования. Поскольку перестройка хозяйственной деятельности весьма инертный процесс, то большое значение в нем приобретают усилия миллионов людей на своих рабочих местах и дома, стремящихся везде, где только возможно, хоть незначительно уменьшить негативное воздействие устаревших форм хозяйствования на природу. Для этого надо разбираться в экологии и охране природы, надо понимать, чем определяется экологическая безопасность. Сейчас экологическое образование становится обязательной составляющей всеобщей базовой подготовки. Развитие экологических знаний происходит в наше время столь быстро, что полученные ранее представления устаревают несколько раз на протяжении жизни и трудовой деятельности одного поколения. Требуется регулярное повышение квалификации в этой области, что отражено в концепции непрерывного экологического образования. Особая ответственность возлагается на руководителей всех рангов, от которых зависит экологическое благополучие населения. Статьей 75 Закона РФ «Об охране окружающей природной среды» (1991) предписана обязанность получения необходимой экологической подготовки для всех должностных лиц и специалистов, чья деятельность потенциально может оказать вредное воздействие на окружающую природную среду и здоровье человека. Наивно полагать, что переподготовка в области охраны окружающей среды должна ограничиваться изучением узкопрофессиональных вопросов совершенствования отдельных технологий. Антропогенное воздействие на природу столь многофакторно и динамично, что полученные на курсах повышения квалификации отдельные рекомендации не способны сами по себе предотвратить наступающий кризис, так как должны быть восприняты творчески с учетом ясных представлений о смежных областях человеческой деятельности и закономерностях нормального функционирования биосферы. Практика показала, что решение одной экологической проблемы может породить несколько новых. Еще чаще предлагаемая частная модернизация, не учитывая общесистемных процессов, становится недостаточно эффективной, если не бесполезной или даже абсурдной. Поэтому на данном этапе распространения экологических знаний приоритет получает междисциплинарная подготовка с учетом пробелов в фундаментальном образовании, включая естественнонаучные вопросы функционирования и устойчивости экосистем, круговорота веществ в природе, стабильности биосферы. Причины экологического кризиса не ограничиваются несовершенством технологии производств в хозяйственной деятельности человечества, но обусловлены в значительной степени социально-экономическими процессами, которые невозможно понять без разбора истории роста численности человечества, истощения ресурсов, конкуренции и противостояния на свободном рынке, архаичности правовой основы и управленческих механизмов. Охрана окружающей среды, как область знаний, также претерпевает быстрые изменения. Если в 50-е годы преобладали вопросы охраны дикой природы, затем рационального использования ресурсов и опасности загрязнения, что отразилось в смене названия на «Охрану окружающей среды», то в наше время в основу экологической подготовки помещены вопросы эволюции форм и интенсивности природопользования в сочетании с анализом роста народонаселения мира и изучением закономерностей устойчивости биосферы. Современная экологическая подготовка развивается в сторону прояснения социальных причин кризиса природопользования и выяснения возможных путей его преодоления. Поэтому наряду с естественнонаучными вопросами все большее значение приобретают многообразные аспекты управления развитием общества с учетом экологического императива. Когда обсуждают проблемы глобальных изменений окружающей среды, то обычно начинают с изменений климата, которые представляются в качестве главных регистрируемых при наблюдениях сдвигах в окружающей среде в результате антропогенного воздействия. Действительно, в ХХ веке отмечается повышение среднеглобальной температуры у поверхности планеты, но вызвано ли это повышение и обусловлены ли его темпы хозяйственной деятельностью человека? Прямого доказательства, полученного в результате наблюдений, пока нет. Климатическая система настолько сложна, что модельные расчеты изменений климата под воздействием сжигания ископаемого топлива и антропогенного выброса парниковых газов остаются не более чем возможными сценариями или предположениями, вероятность реализации которых не превышает б0 %, поскольку большая достоверность не достигается при использовании имеющихся моделей. Это дает повод ряду исследователей обосновывать тезис о незначимости антропогенного фактора для изменений климата со ссылками на некоторые периоды прошлого, когда подобные среднеглобальные температуры и темпы их изменения, как предполагают, достигались и были даже выше, а также на эпизоды голоцена, когда происходили быстрые и заметные колебания температуры на Земле, например, известный эпизод – ранний дриас. Однако имеются серьезные основания полагать, что «климатический скачок» раннего дриаса, обнаруженный на основе интерпретации изотопного состава ледяных кернов, может иметь совсем не климатическую причину, связанную с особенностями ледниковых покровов. К этому можно добавить также вероятность того, что увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере вызывает не столько повышение среднеглобальной температуры, сколько «раскачку» климата, выведение его из состояния устойчивости доиндустриального периода с увеличением частоты экстремальных явлений и региональным перераспределением потоков тепла и влаги. Последнее положение еще больше увеличивает неопределенность в проблеме антропогенного изменения климата, и, поэтому, в дальнейшем факт потепления климата в XX веке здесь не будет использоваться как аргумент в пользу антропогенных глобальных изменений окружающей среды. К тому же станет ясно, что изменения климата могут быть только следствием более грандиозных и очевидных, непосредственно наблюдаемых и прямо связанных с хозяйственной деятельностью человека, глобальных изменений. Таким же очевидным следствием хозяйственной деятельности человека служит нарушение им на поверхности суши естестве экосистем, гигантские изменения, которые человек произвел на суше, в основном – в самых продуктивных экосистемах. Критериями для классификации степени нарушенности экосистем были (Hannah et al., 1994): для ненарушенных территорий – наличие естественных растительных покровов (естественных экосистем) и очень низкая плотность населения (менее 10 человек на 1 кв. км и менее 1 человека на 1 кв. км в пустынях, полупустынях и тундре); для частично нарушенных территорий – наличие сменяемых или постоянных сельскохозяйственных земель, вторичной, но естественно восстанавливающейся растительности повышенная плотность домашнего скота, превышающая возможности пастбищ, другие следы деятельности человека (например, вырубки леса) и невозможность отнесения к первому и третьему классам классификации; для нарушенных территорий – наличие постоянных сельскохозяйственных территорий и городских поселений, отсутствие естественной растительности, отличие существующей растительности от естественной растительности, присущей данному региону, проявления опустынивания и других видов постоянной деградации (Hannah et al., 1994). На основе этой классификации построена карта нарушений глобальной экосистемы человеком с разрешением 100 тыс. гектаров. В наибольшей степени экосистемы разрушены в развитых странах – в Европе, Северной Америке и Японии. Здесь естественные экосистемы сохранились на небольших площадях, они представляют собой в основном небольшие пятна, окруженные со всех сторон нарушенными хозяйственной деятельностью человека территориями и поэтому подвержены сильному антропогенному давлению. В развитых странах значительная часть территории занята сельскохозяйственными землями, населенными пунктами и хозяйственной инфраструктурой, которые в сумме для большинства развитых стран занимают от 40 до 80% их территории (The environment., 1992). Остальная часть территории этих стран представлена, как правило, вторичными или промышленно выращиваемыми лесами и водными объектами, которые обычно сильно загрязнены, закислены или эвтрофицированы. Такое состояние с разрушением экосистем сложилось исторически. Экосистемы в Западной, Центральной и на юге Восточной Европы были разрушены еще в средневековье, когда интенсивно развивалось сельское хозяйство при быстром сведении лесов, вырубавшихся для пополнения сельскохозяйственных территорий, строительства домов и флота, получения древесного угля для выплавки железа. Известным примером служит Великобритания: развитие суконной промышленности требовало все больше шерсти, и пастбища для овец создавались за счет сведения лесов. Лес шел также на создание флота. Недаром известно выражение о Великобритании: «овцы съели Англию». С тех пор Великобритания преимущественно безлесная страна, леса сейчас занимают только 12 % ее территории, в основном в горах Шотландии. Промышленная революция сохранила и усугубила процесс разрушения естественных экосистем в Европе, добавив в этот процесс мощный поток химических веществ. Это привело к деградации и изменению всего региона – воздушной, водной, почвенной среды – и оказало сильное давление на естественные и искусственные ценозы, а также на самого человека. В средние века и в период промышленной революции в ХVIII и ХIХ веках численность населения Земли увеличивалась в первую очередь за счет роста населения Европы, часть которого эмигрировала на другие континенты. Развивающиеся страны с высокой плотностью населения и высоким уровнем рождаемости также внесли существенный вклад в разрушение экосистемы и дестабилизацию окружающей среды. На суше Земли сформировалось три центра дестабилизации окружающей среды. В каждом из них сформировалось единое пространство с практически полностью разрушенными экосистемами площадью в несколько миллионов квадратных километров. Все они находятся в Северном полушарии. Североамериканский центр включает в основном США, частично Канаду и Мексику. Основными биогеографическими провинциями, разрушенными здесь человеком, являются: восточные леса и прерии, а также горные экосистемы (Hannah et al., 1994). Общая площадь территории, на которой сохранилось меньше 10 % площади, занятой естественными экосистемами, превышает 6 млн. кв. км. Европейский центр дестабилизации окружающей среды включает Западную, Центральную и Восточную Европу (в последнюю входят республики бывшего СССР, в том числе страны Балтии) без Скандинавии и значительную часть Европейской территории России. Здесь разрушены или антропогенно изменены лесные экосистемы и степи всех биогеографических провинций, на территориях которых сохранилось не более 1 – 8 % естественных экосистем (Hannah et al., 1994). Общая площадь этого центра превышает 7 млн. кв. км. Азиатский центр включает страны субконтинента Индостан, Цейлон, Малайзию, Бирму, Индонезию (без о. Суматры), Китай с Тайванем (за исключением Тибета и пустынь Такла-Макан и Гоби), Японию, Корейский полуостров, Филиппины. Общая площадь этого центра превышает 7 млн. кв. км. Здесь сохранилось значительно меньше 5 % естественных экосистем. Вместе с тем, в Северном полушарии сохранились и достаточно крупные единые территории с естественными экосистемами, которые можно назвать центрами стабилизации окружающей среды на суше. Крупнейшим центром стабилизации является Северный Евроазиатский. Он включает биогеографические провинции Скандинавии, Севера Европейской части России, значительную часть Западной Сибири, почти всю Восточную Сибирь и Дальний Восток за исключением южных районов. Площадь этого центра составляет примерно 13 млн. кв. км и включает около 9,5 млн. кв. км восточной евразийской и восточносибирской тайги, а остальную часть занимают лесотундра, высокоарктическая тундра и арктические пустыни. Другим центром является Североамериканский, занимающий Канаду и Аляску. Площадь центра превышает 9 млн. кв. км, из которых около 6,5 млн. кв. км занимают канадская и юконская тайга, а остальная часть относится к тундре и лесотундре. В Южном полушарии также сохранилось два центра стабилизации. Южноамериканский центр включает Амазонию и прилегающие к ней территории, а также горные биогеографические провинции. Общая площадь центра приближается к 10 млн. кв. км, где значительную долю составляют тропические леса. Второй центр – Австралийский, включает территорию Австралии за исключением интенсивно освоенных Восточной и Южной частей. Площадь центра превышает 4 млн. кв. км, но почти половину его занимает Центральная пустыня. Вне суши самым мощным центром стабилизации окружающей среды служит Мировой океан с его пока сохранившимися естественными экосистемами. Все перечисленные глобальные изменения на суше нашей планеты зафиксированы как наземными, так и спутниковыми наблюдениями. Построены карты этих изменений (Hannah et al., 1994) и отрицать их антропогенный характер, как это делается в отношении климатических изменений, невозможно. Эти изменения нельзя не признать драматическими, к тому же с ними связан и ими обусловлен целый комплекс других изменений, начиная от генетических и до глобальных биогеохимических. Загрязнение атмосферы Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы – самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы. В последние годы получены данные о существенной роли для сохранения биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности. Воздух жилищ и рабочих зон имеет важное значение из-за того, что человек проводит здесь значительную часть времени. Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах. Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь. Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу – атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы. Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений. Высокая чувствительность деревьев (особенно березы, дуба) к загрязнению воздуха выявлена давно. Совместное действие обоих факторов приводит к заметному уменьшению плодородия почв и исчезновению лесов. Кислотные атмосферные осадки рассматриваются сейчас как мощный фактор не только выветривания горных пород и ухудшения качества несущих грунтов, но и химического разрушения техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные линии связи. Во многих экономически развитых странах в настоящее время реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков. В рамках Национальной программы по оценке влияния кислотных атмосферных осадков, учрежденной в 1980 году многие федеральные ведомства США начали финансировать исследования атмосферных процессов, вызывающих кислотные дожди, с целью оценки влияния последних на экосистемы и выработки соответствующих природоохранных мер. Выяснилось, что кислотные дожди оказывают многоплановое воздействие на окружающую среду и являются результатом самоочищения (промывания) атмосферы. Основные кислотные агенты – разбавленные серная и азотная кислоты, образующиеся при реакциях окисления оксидов серы и азота с участием пероксида водорода. Процессы и источники загрязнения приземной атмосферы многочисленны и разнообразны. По происхождению они подразделяются на антропогенные и природные. Среди антропогенных, к наиболее опасным процессам относятся: сгорание топлива и мусора, ядерные реакции при получении атомной энергии, испытаниях ядерного оружия, металлургия и горячая металлообработка, различные химические производства, в том числе переработка нефти и газа, угля. При процессах сгорания топлива наиболее интенсивное загрязнение приземного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах, промышленных центрах ввиду широкого распространения в них автотранспортных средств, ТЭЦ, котельных и других энергетических установок, работающих на угле, мазуте, дизельном топливе, природном газе и бензине. Вклад автотранспорта в общее загрязнение атмосферного воздуха достигает здесь 40-50 %. Мощным и чрезвычайно опасным фактором загрязнения атмосферы являются катастрофы на АЭС (Чернобыльская авария) и испытания ядерного оружия в атмосфере. Это связано как с быстрым разносом радионуклидов на большие расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории. Высокая опасность химических и биохимических производств заключается в потенциальной возможности аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызвать эпидемии среди населения и животных. Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы – вулканическая и флюидная активность Земли. Специальными исследованиями установлено, что поступление загрязняющих веществ с глубинными флюидами в приземной слой атмосферы имеет место не только в областях современной вулканической и газо- термальной деятельности, но и в таких стабильных геологических структурах, как Русская платформа. Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару. Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает нескольких лет. В ряде случаев из-за наличия в воздухе большой массы рассеянных тонкодисперсных твердых аэрозолей здания, деревья и другие предметы на поверхности Земли не давали тени. Необходимо отметить, что в снеговых выпадениях многих районов Европейской России эколого-геохимическим картированием выявлены аномально высокие концентрации фтора, лития, сурьмы, мышьяка, ртути, кадмия и других тяжелых металлов, которые приурочены к узлам сочленения активных глубинных разломов и имеют, вероятно, природное происхождение. В случае сурьмы, фтора, кадмия, такие аномалии имеют значительный размер. Малоизученным, но важным в экологическом отношении природным процессом глобального масштаба являются фотохимические реакции в атмосфере и на поверхности Земли. Особенно это касается сильно загрязненной приземной атмосферы мегаполисов, крупных городов и промышленных центров, в которых часто наблюдаются смоги. Следует учитывать воздействие на атмосферу космических тел в виде комет, метеоритов, болидов и астероидов. Тунгусское событие 1908 года показывает, что оно может быть интенсивным и иметь глобальный масштаб. Природные загрязнители приземной атмосферы представлены главным образом оксидами азота, серы, углерода, метаном и другими углеводородами, радоном, радиоактивными элементами и тяжелыми металлами в газообразной и аэрозольной формах. Твердые аэрозоли выбрасываются в атмосферу не только обычными, но и грязевыми вулканами. Специальными исследованиями установлено, что интенсивность аэрозольных потоков грязевых вулканов Керченского полуострова не уступает таковой «спящих» вулканов Камчатки. Результатом современной флюидной активности Земли могут быть сложные соединения типа предельных и непредельных полициклических ароматических углеводородов, сульфида карбонила, формальдегида, фенолов, цианидов, аминов. Метан и его гомологи зафиксированы в снеговом покрове над месторождениями углеводородов в Западной Сибири, Приуралье, на Украине. В урановой провинции Атабаска (Канада) по высоким концентрациям урана в хвое черной канадской ели обнаружена Уолластоунская биохимическая аномалия размером 3000 кв. км, связанная с поступлением в приземной слой атмосферы урансодержащих газовых эманаций по глубинным разломам. При фотохимических реакциях образуются озон, серная и азотная кислоты, разнообразные фотооксиданты, сложные органические соединения и эквимолярные смеси сухих кислот и оснований, атомарный хлор. Фотохимическое загрязнение атмосферы заметно возрастает в дневное время и в периоды солнечной активности. В настоящее время в приземной атмосфере находятся многие десятки тысяч загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Ввиду продолжающегося роста промышленного и сельскохозяйственного производства появляются новые химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы. Наиболее опасны широко распространенные в воздушном бассейне России диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод. Тяжелые металлы, находящиеся в приземной атмосфере Подмосковья, преимущественно в газообразном состоянии, и поэтому их нельзя уловить фильтрами. Твердые взвешенные частицы представлены главным образом сажей, кальцитом, кварцем, гидрослюдой, каолинитом, полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами. В снеговой пыли специально разработанными методами обнаружены окислы, сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых металлов, а также сплавы и металлы в самородном виде. В Западной Европе приоритет отдается 28 особо опасным химическим элементам, соединениям и их группам. В группу органических веществ входят акрил, нитрил, бензол, формальдегид, стирол, толуол, винилхлорид, а неорганических – тяжелые металлы (As, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, V), газы (угарный газ, сероводород, оксиды азота и серы, радон, озон), асбест. Преимущественно токсическое действие оказывают свинец, кадмий. Интенсивный неприятный запах имеют сероуглерод, сероводород, стирол, тетрахлорэтан, толуол. Ореол воздействия оксидов серы и азота распространяется на большие расстояния. Вышеуказанные 28 загрязнителей воздуха входят в международный реестр потенциально токсичных химических веществ. Основные загрязнители воздуха жилых помещений – пыль и табачный дым, угарный и углекислый газы, двуокись азота, радон и тяжелые металлы, инсектициды, дезодоранты, синтетические моющие вещества, аэрозоли лекарств, микробы и бактерии. Японские исследователи показали, что бронхиальная астма может быть связана с наличием в воздухе жилищ домашних клещей. По данным изучения пузырьков газа во льдах Антарктиды, содержание метана в атмосфере увеличилось за последние 200 лет. Измерения в начале 1980-х годов содержания угарного газа в воздушном бассейне штата Орегон (США) в течение 3,5 лет показали, что оно возрастало в среднем на 6 % в год. Имеются сообщения о тенденции повышения в атмосфере Земли концентрации углекислого газа и связанной с ней угрозы парникового эффекта и потепления климата. В ледниках вулканического района Камчатки обнаружены как современные, так и древние канцерогены (ПАУ, бенз(а)пирен и др.). В последнем случае они имеют, по-видимому, вулканическое происхождение. Закономерности изменений во времени атмосферного кислорода, имеющего наиболее важное значение для обеспечения жизнедеятельности, изучены слабо. Обнаружено возрастание в атмосфере оксидов азота и серы зимой в связи с увеличением объемов сжигания топлива и более частым образованием смогов в этот период. Результаты режимного опробования снеговых выпадений в Подмосковье свидетельствуют как о синхронных региональных изменениях их состава во времени, так и о локальных особенностях динамики химического состояния приземной атмосферы, связанных с функционированием местных источников пылегазовыбросов. В морозные зимы в снеговом покрове увеличивалось содержание сульфатов, нитратов и соответственно кислотности снеговой воды. Снеговая вода начального периода зимы отличалась повышенным содержанием сульфат-, хлор- и аммоний - ионов. По мере выпадения снега к середине зимнего периода оно заметно (в 2 – 3 раза) снижалось, а затем снова и резко (до 4 – 5 раз для хлор – иона) увеличивалось. Такие особенности изменения химического состава снеговых выпадений во времени объясняются повышенной загрязненностью приземной атмосферы при первых снегопадах. По мере усиления ее «промытости» загрязненность снегового покрова уменьшается, снова увеличиваясь в периоды, когда снега выпадает мало. Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается сейчас как огромный «химический котел», который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания. Аэрозоли разделяются на первичные (выбрасываются из источников загрязнения), вторичные (образуются в атмосфере), летучие (переносятся на далекие расстояния) и нелетучие (отлагаются на поверхности вблизи зон пылегазовыбросов). Устойчивые и тонкодисперсные летучие аэрозоли - (кадмий, ртуть, сурьма, йод-131 и др.) имеют тенденцию накапливаться в низинах, заливах и других понижениях рельефа, в меньшей степени на водоразделах. Выявлена тенденция совместного накопления в твердых взвешенных частицах приземной атмосферы Европейской России свинца и олова; хрома, кобальта и никеля; стронция, фосфора, скандия, редких земель и кальция; бериллия, олова, ниобия, вольфрама и молибдена; лития, бериллия и галлия; бария, цинка, марганца и меди. Литий, мышьяк, висмут часто не сопровождаются повышенными содержаниями других микроэлементов. Высокие концентрации в снеговой пыли тяжелых металлов обусловлены как присутствием их минеральных фаз, образовавшихся при сжигании угля, мазута и других видов топлива, так и сорбцией сажей, глинистыми частицами газообразных соединений типа галогенидов олова. Выявленные особенности пространственно-временного распределения загрязняющих веществ следует учитывать при интерпретации наблюдательных данных о загрязнении воздуха. Время «жизни» газов и аэрозолей в атмосфере колеблется в очень широком диапазоне (от 1 – 3 минут до нескольких месяцев) и зависит в основном от их химической устойчивости размера (для аэрозолей) и присутствия реакционно- способных компонентов (озон, пероксид водорода и др.). Поэтому в трансграничных переносах загрязняющих веществ участвуют главным образом химические элементы и соединения в виде газов, не способных к химическим реакциям и термодинамически устойчивых в условиях атмосферы. Вследствие этого борьба с трансграничными переносами, являющимися одной из наиболее актуальных проблем защиты качества воздуха, сильно затруднена. Оценка и тем более прогноз состояния приземной атмосферы являются очень сложной проблемой. В настоящее время ее состояние оценивается главным образом по нормативному подходу. Величины ПДК токсических химических веществ и другие нормативные показатели качества воздуха приведены во многих справочниках и руководствах. В таком руководстве для Европы кроме токсичности загрязняющих веществ (канцерогенное, мутагенное, аллергенное и другие воздействия) учитываются их распространенность и способность к аккумуляции в организме человека и пищевой цепи. Недостатки нормативного подхода – ненадежность принятых значений ПДК и других показателей из-за слабой разработанности их эмпирической наблюдательной базы, отсутствие учета совместного воздействия загрязнителей и резких изменений состояния приземного слоя атмосферы во времени и пространстве. Стационарных постов наблюдения за воздушным бассейном мало, и они не позволяют адекватно оценить его состояние в крупных промышленно –урбанизированных центрах. В качестве индикаторов химического состава приземной атмосферы можно использовать хвою, лишайники, мхи. На начальном этапе выявления очагов радиоактивного загрязнения, связанных с чернобыльской аварией, изучалась хвоя сосны, обладающая способностью накапливать радионуклиды, находящиеся в воздухе. Широко известно покраснение игл хвойных деревьев в периоды смогов в городах. Наиболее чутким и надежным индикатором состояния приземной атмосферы является снеговой покров, депонирующий загрязняющие вещества за сравнительно длительный период времени и позволяющий установить местоположение источников пылегазовыбросов по комплексу показателей. В снеговых выпадениях фиксируются загрязнители, которые не улавливаются прямыми измерениями или расчетными данными по пылегазовыбросам. Снегохимическая съемка дает возможность оценить запасы загрязнителей в снеговом покрове, а также «мокрую» и «сухую» нагрузки на окружающую среду, которые выражаются в определении количества (массы) выпадений загрязняющих веществ в единицу времени на единицу площади. Широкому применению съемки способствует то, что основные промышленные центры России находятся в зоне устойчивого снегового покрова. К перспективным направлениям оценки состояния приземной атмосферы крупных промышленно – урбанизированных территорий относится многоканальное дистанционное зондирование. Преимущество этого метода заключается в способности быстро, неоднократно и в «одном ключе» охарактеризовать большие площади. К настоящему времени разработаны способы оценки содержания в атмосфере аэрозолей. Развитие научно-технического прогресса позволяет надеяться на выработку таких способов и в отношении других загрязняющих веществ. Прогноз состояния приземной атмосферы осуществляется по комплексным данным. К ним прежде всего относятся результаты мониторинговых наблюдений, закономерности миграции и трансформации загрязняющих веществ в атмосфере, особенности антропогенных и природных процессов загрязнения воздушного бассейна изучаемой территории, влияние метеопараметров, рельефа и других факторов на распределение загрязнителей в окружающей среде. Для этого в отношении конкретного региона разрабатываются эвристичные модели изменения приземной атмосферы во времени и пространстве. Наибольшие успехи в решении этой сложной проблемы достигнуты для районов расположения АЭС. Конечный результат применения таких моделей – количественная оценка риска загрязнения воздуха и оценка его приемлемости с социально-экономической точки зрения. Состав и расчет выбросов загрязняющих веществ. Окружающий человека атмосферный воздух непрерывно подвергается загрязнению. Воздух производственных помещений загрязняется выбросами технологического оборудования или при проведении технологических процессов без локализации отходящих веществ. Удаляемый из помещения вентиляционный воздух может стать причиной загрязнения атмосферного воздуха промышленных площадок и населенных мест. Кроме того, воздух промышленных площадок и населенных мест загрязняется технологическими выбросами цехов, выбросами ТЭС, транспортных средств и других источников. Воздух жилых помещений загрязняется продуктами сгорания природного газа и других топлив, испарениями растворителей, моющих средств, древесностружечных конструкций и т. п., а также токсичными веществами, поступающими в жилые помещения с приточным вентиляционным воздухом. В летний период года при средней наружной температуре 20 С0 в жилые помещения проникает около 90 % примесей наружного воздуха, а в переходный период при температуре 2,5 С0 – 40 %. Номенклатура токсичных примесей в воздухе производственных помещений и в технологических выбросах промышленного объекта определяется совокупностью технологических процессов, видом используемого сырья и материалов, характеристиками применяемых машин и оборудования. Масса выброса i-го загрязняющего вещества: mi = mудi Пk(1 – h), (1) где mудi – удельное выделение i -го загрязняющего вещества на единицу продукции; П – расчетная производительность технологического процесса (агрегата и т. п.); k – поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса; h – эффективность средств очистки выбросов в долях единицы; при отсутствии средств очистки h =0. В процессах нагрева и обработки металла в кузнечно-прессовых цехах выделяются пыль, оксид углерода, диоксид серы и другие вредные вещества. Общеобменная вентиляция кузнечно-прессового цеха выбрасывает в атмосферу оксиды углерода и азота, диоксид серы. От пролетов с молотами выбросы оксида углерода на 1 т мазута составляют 7 кг, диоксида серы – 5,2; от пролетов с прессами и ковочными машинами – 3 и 2,2 кг. Так, при травлении стали 20 в 15 %-ном растворе серной кислоты при температуре 70 С0 выделяются пары и туман кислоты в количестве до 200, а при травлении стали 10 в 20 %-ном растворе соляной кислоты – 26000 мг/(м2 мин). Масса паров растворителей, выбрасываемых в атмосферу от окрасочного и сушильного оборудования, m = m1 k1 k2 k3 (1 – hr), (2) где m1 – расход лакокрасочных материалов, г/ч; k1 – доля растворителей в лакокрасочных материалах (при покрытии лаком в лакокрасочных машинах k1 равен 0,б и 0,8 соответственно для металлических и деревянных изделий); k2– коэффициент, учитывающий количество выделяющегося растворителя из лакокрасочного материала за время окраски и сушки (для камер окраски распылением k2= 0,3, для сушильных установок 0,7); k3 – коэффициент, учитывающий поступление паров растворителей в рабочую зону (обычно 2.3 %); k3 = 0,975; hr - эффективность улавливания паров растворителей в системе очистки вентиляционных выбросов (для гидрофильтров 0,3.0,35). Масса выбросов аэрозоля от окрасочного оборудования с вентиляционным воздухом в атмосферу mа = m1 k4 k5 (1 – hа), (3) где k4 – доля лакокрасочных материалов, расходуемых на образование окрасочного аэрозоля; зависит от способа распыления краски; k 5– коэффициент, учитывающий поступление окрасочного аэрозоля в рабочую зону; обычно k5 = k3,; hа, – эффективность улавливания окрасочного аэрозоля гидрофильтрами; обычно 0,92...0,98. Много загрязняющих веществ поступает в атмосферный воздух от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензине, керосине, дизельном топливе, мазуте, угле и др.). Количество этих веществ определяется составом, массой сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания. Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и тепловые электрические станции (ТЭС). Доля загрязнений атмосферы от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительна, поскольку их применение в городах и крупных промышленных центрах ограничено. В местах активного использования ГТДУ и РД (аэродромы, испытательные станции, стартовые площадки) загрязнения, поступающие в атмосферу от этих источников, сопоставимы с загрязнениями от ДВС и ТЭС, обслуживающих эти объекты. Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках, – нетоксичные диоксид углерода и водяной пар. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный бенз(а)пирен, несгоревшие частицы твердого топлива и т. п. Автомобильный транспорт также является источником загрязнения атмосферы. Так как число автомобилей непрерывно возрастает (в 1990 г. в мире эксплуатировали 420 млн. автомобилей, а в 2000 г. их число достигнет 520 млн.), особенно в крупных городах, то растет и валовой выброс вредных продуктов в атмосферу. Автотранспорт относится к движущимся источникам загрязнения, широко встречающимся в жилых районах и местах отдыха. Токсичными выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса. Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и особенно от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы оксида углерода увеличиваются в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине. Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой этилированного бензина неэтилированным. Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные компоненты, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для ГТДУ на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), тогда как содержание оксидов азота существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме). Суммарный выброс токсичных веществ в атмосферу самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере. Наибольшее влияние на условия обитания выбросы ГГДУ оказывают в аэропортах и зонах, примыкающих к испытательным станциям. Сравнительные данные о выбросах вредных веществ в аэропортах подзывают, что поступления от ГТДУ в приземной слой атмосферы составляют, %: оксид углерода – 55, оксиды азота – 77, углеводороды – 93 и аэрозоль – 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС. Загрязнение воздушной среды транспортом с ракетными двигательными установками происходит главным образом при их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях в процессе их производства или после ремонта, при хранении и транспортировании топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и рекомбинации молекул. Количество продуктов сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, диоксид углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а также твердые частицы Аl 2O3 со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм). При старте ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземной слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов. По прогнозам фирмы «Аэроспейс», в ХХI веке для транспортирования грузов на орбиту будет осуществляться до 10 запусков ракет в сутки, при этом выброс продуктов сгорания каждой ракеты будет превышать 1,5 т/с. В связи с развитием авиации и ракетной техники, а также интенсивным использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства существенно возрос общий выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5 % токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов. Атмосферный воздух. Трансграничное загрязнение. Озоновый слой Земли. Важнейшие климатические и экологические особенности Земли в решающей степени определяются наличием и свойствами ее газовой оболочки – атмосферы. Благодаря специфическому газовому составу, способности поглощать и отражать солнечную радиацию, озоновому слою, в котором задерживается основная часть коротковолнового излучения Солнца, благоприятному температурному режиму и присутствию водяного пара атмосферу можно назвать одним из главных источников жизни на Земле. В современном газовом составе атмосферы, который отличается большим постоянством, содержится по объему (%): азота – 78,08, кислорода – 20,9, аргона – 0,93, углекислого газа – 0,031 и небольшое количество инертных газов. Наиболее важная переменная составляющая атмосферы – водяной пар. Пространственно-временная изменчивость его концентрации, а также непостоянство радиационного и светового режимов предопределяют резко дифференцированные условия функционирования природных экосистем. Несмотря на то, что климатические контрасты в различных районах Земли сглаживаются благодаря циркуляции атмосферы и морским течениям, эта дифференциация весьма заметна. Атмосфера по сравнению с литосферой и гидросферой характеризуется наибольшим содержанием свободного кислорода, потребляемого живыми организмами и способствующего переработке продуктов распада органической материи, осуществляющегося в условиях достаточно высокой среднегодовой температуры воздуха (13,6 С0) у поверхности Земли. Исходя из термической структуры и циркуляции атмосферы ее принято разделять на сферические слои, именуемые тропосферой, стратосферой, мезосферой и термосферой, верхние границы которых называются паузами. Средняя температура в тропосфере убывает по мере удаления от поверхности Земли к ее верхней границе (на расстоянии 10 – 16 км). Термическая структура тропосферы обусловлена нагреванием земной поверхности солнечной радиацией с последующим переносом тепла вверх путем турбулентного перемешивания и конвекции. Господствующие в тропосфере процессы (испарение водяного пара и его конденсация) приводят к образованию облаков и осадков, поскольку в тропосфере содержится преобладающая часть водяного пара атмосферы. Выше тропосферы в диапазоне высот от 10 – 16 км примерно до 50 км располагается стратосфера. В отличие от тропосферы, в которой важную роль играет турбулентный обмен, стратосфера весьма устойчива, содержит мало влаги, и в ней отсутствуют погодные явления в обычном смысле слова, а единственным видом облачности являются серебристые облака. Из всех газов, содержащихся в атмосфере, наибольшее значение для деятельности живых организмов имеют кислород, углекислый газ, озон и водяной пар. Кислород используется в процессах дыхания, окисления органического вещества либо неорганических элементов. Углекислый газ расходуется в ходе фотосинтеза автотрофными растениями и выделяется при разложении органического детрита. Если содержание азота, кислорода и аргона в тропосфере весьма постоянно, то распределение озона и водяного пара меняется в зависимости от времени года, географической широты и других факторов. Нестабильность атмосферы как природной системы объясняется колебаниями температуры, давления, плотности, имеющими место в тропосфере, а также гравитационным воздействием Луны и Солнца, вызывающим атмосферные приливы в стратосфере. Выше стратосферы располагаются мезосфера, в которой температура убывает с высотой, и термосфера, где наблюдается обратное явление. В настоящее время к естественным факторам изменчивости атмосферы добавился антропогенный фактор, связанный с прогрессирующим ее загрязнением. Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии. К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, галогенуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22 – 25 млн. т. в год. Объем этих выбросов за последние 10 лет ежегодно сокращается на 300 – 600 тыс. т. Сокращение выбросов обусловлено главным образом повсеместным спадом промышленного производства, особенно в добывающих и ресурсоперерабатывающих отраслях. Позитивную роль в этих условиях сыграла относительная стабильность добычи и использования газа – экологически чистого топлива. Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха свидетельствуют о снижении средних концентраций взвешенных веществ, растворимых сульфатов, аммиака, бенз(а)пирена, сажи, сероводорода, формальдегида, вследствие спада производства и закрытия предприятий. При этом возросли средние концентрации диоксида азота, оксида углерода, сероуглерода, фенола, фторида водорода, что связано с неритмичностью работы предприятий. Отмечен также рост концентраций оксида углерода, диоксида азота и формальдегида на автомагистралях крупных городов и прилегающих к ним территориях. Так, по данным наблюдений, за ряд лет в 254 городах России уровень загрязнения воздуха изменялся незначительно. Среднегодовые концентрации взвешенных веществ (пыли), диоксида азота, фенола и фторида водорода достигали одного ПДК, сероуглерода превышали 2 ПДК, формальдегида – 3 ПДК, бенз(а)пирена – 1 ПДК и стандарт Всемирной организации здравоохранения – в 2,6 раза. Все загрязнители среды имеют конкретные источники выбросов. Большинство из них под воздействием природных факторов с течением времени, нейтрализуется или разрушается. В качестве примера на рис. 3.5 приведена схема загрязнения среды канцерогенным углеводородом (бенз(а)пиреном) и ее самоочищения.

Страницы: 1, 2