Главный источник загрязнения атмосферы

 

Кислотные дожди

 

Термином «кислотные дожди» называют все виды метеорологических  осадков – дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO2) и окислы азота (NOх) трансформируются в атмосфере в кислотообразующие частицы. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая её в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды.

Двуокись серы и различные оксиды азота выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот – серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождём, они выпадают на Землю.

Кислотные дожди большей  частью наблюдаются в районах  с развитой промышленностью. Хотя капельки воды и быстро удаляются из атмосферы, они всё же распространяются на сотни километров от производящих выбросы теплостанций, промышленных предприятий и т.д. Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов, имеется большая группа, обладающая канцерогенной активностью. Это в первую очередь бенз(а)пирен и другие ароматические углеводороды, поступающие от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта.

Кислотный дождь оказывает  отрицательное воздействие на водоёмы  – озёра, реки, заливы, пруды –  повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут со значениями рН между 7 и 9,2. С увеличением кислотности водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоёма пищи. При кислотности рН 6 погибают пресноводные креветки. Когда кислотность повышается до рН 5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон – крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоёма и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

По мере накопления органических веществ на дне водоёмов из них  начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания.

Огромный вред наносят  кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются корни, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит.

Всё больший ущерб  кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные  ткани растений, изменяется обмен  веществ в клетках, растения замедляют  рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают  памятники архитектуры. Прочный, твёрдый  мрамор, смесь окислов кальция (СаО  и СО2), реагирует с раствором  серной кислоты и превращается в  гипс (СаSО4). Смена температур, потоки дождя и ветра разрушают этот мягкий материал.

 

Смог

 

В атмосферном воздухе, в первую очередь промышленных центров  и городов, в результате сложных  химических реакций смеси газов (главным образом окислов азота  и углеводородов, содержащихся в  выхлопных газах автомобилей), протекающих в нижних его слоях под действием солнечного света, образуются различные вещества, ядовитый туман. Такой ядовитый туман получил название «смог». Его возникновению способствуют определённые метеорологические условия: отсутствие ветра и дождя, а также температурная инверсия. Смог крайне вреден для живых организмов. Во время смога ухудшается самочувствие людей, резко увеличивается число лёгочных и сердечнососудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.

Смог бывает следующих  типов:

Влажный смог лондонского типа – сочетание тумана с примесью дыма и газовых отходов производства.

Ледяной смог аляскинского типа – смог, образующийся при низких температурах из пара отопительных систем и бытовых выбросов.

Радиационный  туман – туман, который появляется в результате радиационного охлаждения земной поверхности и массы влажного приземного воздуха до точки росы. Обычно радиационный туман возникает ночью в условиях антициклона при безоблачной погоде и лёгком бризе.

Сухой смог лос-анджелесского  типа – смог, возникающий в результате фотохимических реакций, которые происходят в газовых выбросах под действием солнечной радиации; устойчивая синеватая дымка из едких газов без тумана.

Фотохимический  смог - смог, основной причиной возникновения которого считаются автомобильные выхлопы. Автомобильные выхлопные газы и загрязняющие выбросы предприятий в условиях инверсии температуры вступают в химическую реакцию с солнечным излучением, образуя озон.

Фотохимический смог может вызвать поражение дыхательных  путей, рвоту, раздражение слизистой оболочки глаз и общую вялость. В ряде случаев в фотохимическом смоге могут присутствовать соединения азота, которые повышают вероятность возникновения раковых заболеваний.

Смог наблюдается обычно при слабой турбулентности (завихрение воздушных потоков) воздуха, и следовательно, при устойчивом распределении температуры воздуха по высоте, особенно при инверсиях температуры, при слабом ветре или штиле.

Инверсии температуры в атмосфере, повышение температуры воздуха с высотой вместо обычного для тропосферы её убывания. Инверсия температуры встречается и у земной поверхности (приземные инверсии температуры), и в свободной атмосфере. Приземные инверсии температуры чаще всего образуются в безветренные ночи (зимой иногда и днём) в результате интенсивного излучения тепла земной поверхностью, что приводит к охлаждению как её самой, так и прилегающего слоя воздуха. Толщина приземных инверсий температуры составляет десятки – сотни метров. Увеличение температуры в инверсионном слое колеблется от десятых долей градусов до 15 - 20ºС и более. Наиболее мощны зимние приземные инверсии температуры в Восточной Сибири и в Антарктиде.

В тропосфере, выше приземного слоя, инверсия температуры чаще образуется в антициклонах благодаря оседанию воздуха, сопровождающемуся его сжатием, а следовательно – нагреванием (инверсия оседания). В зонах фронтов атмосферных инверсия температуры создаётся вследствие натекания тёплого воздуха на нижерасположенный холодный. В верхних слоях атмосферы (стратосфере, мезосфере, термосфере) инверсия температуры возникает из-за сильного поглощения солнечной радиации. Так, на высотах от 20 – 30 до 50 – 60км расположена инверсия температуры, связанная поглощением ультрафиолетового излучения Солнца озоном. У основания этого слоя температура равна от -50 до -70ºС, у его верхней границы она поднимается до -10ºС - +10ºС. Мощная инверсия температуры, начинающаяся на высоте 80 – 90км и простирающаяся на сотни км вверх, также обусловлена поглощением солнечной радиации.

Смог снижает видимость, усиливает коррозию металлов и сооружений, оказывает отрицательное воздействие на здоровье человека. Интенсивный и длительный смог может явиться причиной повышения заболеваемости и смертности.

Угарный газ, входящий в  состав смога, представляет собой соединение углерода с кислородом; газ без цвета и запаха. Отравление угарным газом возможны на производстве и в быту: в доменных, литейных цехах; при испытании двигателей, использовании топливных газов для сушки и подогрева; в химической промышленности; в гаражах; при дровяном отоплении и т.п.

Одним из вредных компонентов  смога является и озон (О3). В крупных  городах при образовании смога  его естественная концентрация (1· 10ˉ) повышается в 10 раз и более. Озон здесь начинает оказывать вредное  воздействие на лёгкие и слизистые оболочки человека и на растительность.

 

Парниковый  эффект

 

Парниковый эффект относится  к числу проявлений глобального  экологического кризиса. Эта тенденция  наметилась в связи с увеличением  в атмосфере концентраций углекислого  газа, метана и некоторых других парниковых газов.

В последние десятилетия  и, особенно в последние годы, парниковый эффект стал крупной научной проблемой, от решения которой существенно  зависит возможность перехода цивилизации  на путь устойчивого развития.

Важнейшей причиной изменения климатической системы является накопление в атмосфере антропогенных парниковых газов и вызываемое ими нарушение рационального баланса атмосферы.

Под парниковыми газами понимаются газы, создающие в атмосфере  экран, задерживающих инфракрасные лучи. В результате этого происходит нагревание нижнего слоя атмосферы. Атмосфера играет роль как бы «одеяла», удерживающего тепло. Наиболее значимыми природными парниковыми газами являются пары воды, содержащиеся в атмосфере в большом количестве, а также диоксид углерода, который попадает в атмосферу как естественным, так и искусственным путём и является основным компонентом, вызывающим парниковый эффект антропогенного происхождения. Известно, что при отсутствии диоксида углерода в атмосфере температура поверхности Земли была бы, примерно, на 7º ниже, чем в настоящее время, что создало бы крайне неблагоприятные условия для жизни животных и растений.

Сжигание топлива, лесные и степные пожары – это основные причины увеличения содержания диоксида углерода в атмосфере. В то же время поглощение СО2 из атмосферы основными его потребителями (лесными растениями и фитопланктоном Мирового океана) сократилось за счёт уменьшения площадей лесов, гибели фитопланктона. В результате поступление углерода в атмосферу стало превышать его потребление растениями. Ежегодный прирост СО2 в атмосфере составляет 3,5млрд.т.

Возрастание диоксида углерода в атмосфере усиливает парниковый эффект, так как СО2 успешно пропускает длинноволновые лучи солнечного света  к поверхности Земли и задерживает  коротковолновое излучение. Поэтому чем выше концентрация СО2 в атмосфере, тем меньше тепла рассеивает Земля, тем выше средняя температура у земной поверхности. Потеплению климата Земли способствует также поступление тепла в атмосферу за счёт сжигания нефтепродуктов, угля, торфа, работы разнообразных двигателей. Повышение средних температур на земном шаре может существенно изменить ход природных процессов биосферы.

Кроме диоксида углерода в создании парникового эффекта  участвуют фреоны, метан и оксид  азота.

 

Таблица 1.

Парниковый газ	Главные источники	Влияние на глобальное потепление, %
Диоксид углерода (СО2)	Сжигание ископаемого  топлива (77%), вырубка лесов (23%)	55
Фреоны	Утечка при различных  промышленных применениях	24
Метан (СН4)	Насосные плантации, утечка газа, жизнедеятельность животных	15
Оксид азота (N2О)	Применение удобрений, сжигание ископаемого топлива	6

 

 

В настоящее время  происходит постоянное увеличение выбросов в атмосферу парниковых газов. Прежде всего, что касается диоксида углерода, образующегося, главным образом, при сжигании угля и других углеродосодержащих топлив, нефти, газа в топках ТЭЦ, двигателях автомобилей и т.д. За последние 30 – 35 лет его выбросы особенно резко возросли. Увеличиваются также выбросы метана, оксидов азота, галогенуглеродов.

Учёными был сделан однозначный  вывод о том, что выбросы в  атмосферу, вызванные человеческой деятельностью, приводят к существенному  увеличению концентрации парниковых газов  в атмосфере. На основе расчётов с  использованием компьютерных моделей было показано, что если сохранится нынешняя скорость поступления парниковых газов в атмосферу, то всего за 30 лет температура в среднем по земному шару повысится, примерно, но 1ºС. Это необычно большое повышение температуры, если судить по палеоклиматическим данным.

Нужно учитывать и  высокую опасность для здоровья людей насыщения воздуха (особенно актуально для крупных, промышленных городов) диоксидом углерода. При  высоких концентрациях в атмосферном  воздухе СО2 наступают отравления, первыми симптомами которых являются головные боли, тошнота, чувство слабости. Некоторые люди, страдающие аномалиями и сердечнососудистыми заболеваниями, обладают повышенной чувствительностью к воздействию СО2.

 

Заключение

 

Современная цивилизация  осуществляет невиданное давление на природу. Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное действие на людей, животных, растения, почву, здания и сооружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с туманами, уменьшает видимость.