Антропогенное воздействие на атмосферу

Лекция

ТЕМА: Антропогенное воздействие на атмосферу.

План:

1.  Структура и химический состав атмосферы.

2.  Основные источники загрязнения атмосферы и меры по предотвращению загрязнений.

3.  Экологические последствия, связанные с антропогенным загрязнением атмосферы.

4.  Состояние и тенденции изменения качества атмосферного воздуха в городах.

1. Структура и химический состав атмосферы

Воздушную оболочку Земли, состоящую из смеси различных газов, водяных паров и пыли, называют атмосферой. Атмосферный воздух является источни­ком дыхания живых организмов. Известно, что без воздуха человек не выживет и 5 минут, в то время как без пищи он может прожить около 5 недель, а без воды — около 5 суток. Атмосфера защищает все живое на земной поверхности от губительного воздействия космических излучений (прежде всего ультрафиолетового излучения Солнца), от метеоритов и космической пыли; она задерживает тепло, излучаемое Землей в косми­ческое пространство. Атмосферный воздух служит сырьем для синтеза хими­ческих веществ, используется при охлаждении различных установок. Атмосфера представляет собой среду, в которую поступают многие отходы жизнедеятельности живых организмов, включая отходы хозяйственной деятельности человека.

Атмосфера состоит на 78% из азота и на 21% из кислорода, оставшийся 1% приходится на все остальные вещества: инертные и другие газы (в том числе углекислый газ СО2 — 0,03%), водяной пар и прочие аэрозоли (так на­зываемые пылевые и жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоя­нии). Этот состав практически не изменяется до высоты в несколько десят­ков километров.

Современная атмосфера является в значительной степени продуктом жи­вого вещества биосферы (слоя живого вещества, по И, - «пленка жизни»). Полное обновление кислорода планеты живым веществом происходит за 5200—5800 лет. Вся масса кислорода усваивается живыми ор­ганизмами приблизительно за 2 тыс. лет, а вся углекислота — за 300—395 лет (по ).

Атмосфера делится на три основные части:

1) нижнюю — тропосферу (до высоты 8—18 км в зависимости от географической широты местности);

2) среднюю — стратосферу (от 8—18 км до 60 км);

3) верхнюю — ионосферу (выше 60 км).

Тропосфера характеризуется снижением температуры по высоте (примерно 6 °С на 1км). Так как теплый воздух легче холодного, это приводит к вертикальному перемещению потоков воздуха, конденсации водяного пара, об­разованию облаков и выпадению осадков. Очень часто тропосферу называют кухней погоды. В ней сосредоточено 80% массы атмосферного воздуха. На экваторе интенсивность вертикальных потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности, выше, из-за этого тропосфера там простирается до са­мой большой высоты — до 16—18 км, в умеренных широтах — до 10—11 км, а на полюсах – до 8 км.

Стратосфера располагается выше тропосферы до высоты около 60 км. В ней температура с высотой не понижается, а возрастает, вертикальные движения воздушных потоков не наблюдаются. В стратосфере создаются условие для накопления такого химически активного вещества, как озон (О3), который является модификацией кислорода (О2). В тропосфере природный озон образуется из кислорода за счет электрических разрядов во время гроз и из-за своей активности очень недолговечен. В стратосфере же под действием ультрафиолетового солнечного излучения в отсутствии вертикального переме­шивания образуется слой повышенной концентрации озона, который называ­ют озоновым слоем (экраном).

Ионосфера лежит выше стратосферы. До высоты около 80 км здесь на­блюдается резкое понижение температуры (до минус 75—90°С), что нередко вызывает образование самых высоких облаков — слоистых, состоящих из ле­дяных кристалликов. На больших высотах характерно значительное повыше­ние температуры (до 1000 °С и более). Газы атмосферы под действием интен­сивного солнечного излучения находятся на этих высотах в ионизированном состоянии. С этим состоянием связано возникновение полярного сияния как свечения газов. Ионосфера обладает способностью многократного отражения радиоволн, что позволяет обеспечивать дальнюю радиосвязь.

Только в тропосфере существуют условия, благоприятные для жизни жи­вых организмов. На высотах стратосферы и ионосферы ни животные, ни рас­тения существовать без средств защиты не могут.

2. Основные источники загрязнения атмосферы и меры по предотвращению загрязнений

Под загрязнением атмосферы понимают любое изменение ее состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека, состояние растений и животных.

Загрязнение атмосферы может быть вызвано природными процессами (тогда его называют природным или естественным) и деятельностью челове­ка (антропогенное загрязнение).

Природными источниками загрязнений атмосферного воздуха служат прежде всего вулканические выбросы, лесные и степные пожары, пыльные бури, тайфуны, массовое цветение растений и т. п. Обычно эти факторы не оказывают резко отрицательного воздействия на природные экосистемы, за ис­ключением широкомасштабных катастрофических явлений. Так, например, при извержении вулкана Катмай на Аляске в 1912 г. было выброшено такое коли­чество пепла, что это вызвало уменьшение на 20% притока солнечной радиа­ции на большую часть поверхности Земли и привело к понижению среднего­довой/ температуры на 0,5°С в Северном полушарии на протяжении трех лет.

Источником запыленности атмосферы также могут быть крупные лесные пожары. Так, площадь катастрофических лесных пожаров 1915г. в Западной Сибири составила около 1,5 млн. км2 ( это почти в три раза превышает терри­торию Франции); дым от них распространился на площади 6 млн. км2, сокра­тив приток солнечной радиации к земной поверхности, что определило запоз­дание созревания зерновых на полмесяца против обычных сроков.

Значительное загрязнение атмосферы природного происхождения вызыва­ется пыльными бурями; их образование связано с переносом сильным ветром поднятых с земной поверхности пылевых частиц. Этому могут способствовать природные факторы (засуха и др.) и деятельность человека (чрезмерная рас­пашка, выпас скота и т. п.). Например, за последние десятилетия мощные оча­ги пыльных; бурь возникли в Калмыкии, где во время только одного выноса в воздух было поднято 1,5 млн. т пыли (для перевозки такой массы грузов пона­добилось бы более 400 железнодорожных составов).

В период массового цветения растений в приземных слоях воздуха мо­жет содержаться значительное количество спор и пыльцы растений. Многие из них способны вызывать у людей аллергические заболевания. Особенно подвержены этим недугам люди, в первом-втором поколениях переселивши­еся на новые места, сильно отличающиеся от их родины составом расти­тельности.

Антропогенное загрязнение атмосферы по своим масштабам значительно превосходит природное. Оно оказывает воздействие на атмосферу различным образом, влияя непосредственно на ее состояние (нагревание, изменение влажности и др.), воздействуя на физико-химические свойства атмосферы (увеличивая концентрации диоксида серы, твердых частиц и т. п.), изменяя свойства подстилающей поверхности (сведение лесов увеличивает скорость ветров, распашка природных ландшафтов изменяет способность земной по­верхности отражать солнечные лучи т. д.).

К основным антропогенным источникам загрязнения относят промыш­ленные предприятия, отопительные системы зданий (котельные установки), транспорт, сельское хозяйство. Техногенные выбросы в атмосферу насчитыва­ют десятки тысяч видов веществ. Более 90% их массы приходится на углекис­лый газ и пары воды. Другие наиболее распространенные загрязнители срав­нительно немногочисленны: твердые пылевые частицы, окись углерода (СО), диоксид серы (SO2), окислы азота (N0 и NO2), углеводороды, сероводород (H2S), аммиак (NH3), хлор (Сl), соединения фосфора, фтористый водород (HF).

Наибольшая загрязненность атмосферы отмечается в индустриальных ре­гионах мира, таких как Северная Америка, Европа, Китай и Япония. Глав­ным «поставщиком» атмосферных загрязнителей среди стран мира являются США, на эту страну приходится примерно пятая часть всего объему выбросов в атмосферу, в то время как на Россию — около одной седьмой.

Атмосферными загрязнителями антропогенного происхождения нередко являются вещества, не встречающиеся в природной среде, поэтому у живых организмов не выработаны механизмы обезвреживания или использования этих веществ. Некоторые из них особенно токсичны. Так, аварийный выброс промежуточного продукта химического производства — диоксана в начале 1980-х годов на химическом заводе в городе Бхопал в центральной части Ин­дии привел к гибели и серьезным отравлениям тысяч людей.

Сотни миллионов двигателей внутреннего сгорания, работающих на Зем­ле, выбрасывают в атмосферу огромные количества окислов азота и серы, продуктов неполного сгорания углеводородов (многие из которых вызывают раковые заболевания), особо опасных соединений свинца (в случае примене­ния этилированного бензина), который способен накапливаться в скелете жи­вых организмов, вызывая нервные заболевания.

Вклад сельского хозяйства в загрязнение атмосферного воздуха относи­тельно невелик, однако в тех случаях, когда, например, не налажена перера­ботка отходов животноводства
, в воздух попадает значительное количество летучих органических соединений азота и серы, которые создают устойчивый неприятный запах и небезразличны для здоровья людей.

Вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят теплоэнергетика (как тепловые электростанции, так и котельные), предприятия черной и цветной металлургии, а также химической, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности, автотранспорт. В Китае, как и в Рос­сии, крупнейшими «поставщиками» атмосферных загрязнителей также явля­ются теплоэнергетика и металлургические предприятия. В промышленно раз­витых странах Запада основное количество выбросов вредных веществ в атмосферу приходится на автотранспорт.

Наибольшее количество загрязнителей антропогенного происхождения попадает в атмосферу Земли в результате сжигания различных видов топлива - нефти и нефтепродуктов, каменного и бурого угля, природного газа, дров, тор­фа и других, основу которых составляют органические вещества. Все виды ор­ганического топлива содержат в себе углерод и водород, которые при горении образуют оксиды углерода (СО и СО2) и воду, а также другие вещества, среди которых чаще других встречается сера (она сгорая, образует один из самых ток­сичных выбросов — диоксид серы). Помимо этого, когда пламя достигает вы­сокой температуры, основной компонент атмосферного воздуха — азот вступа­ет в соединение с кислородом, образуя высокотоксичные соединения азота (NO и NO2).

Самое экологичное топливо — газ (как природный, так и получаемый при переработке нефти). Этот вид топлива в три раза меньше загрязняет атмо­сферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь, при сгорании ко­торого образуется много золы и выбрасывается в атмосферу большое количе­ство пылевых частиц.

Для уменьшения концентрации в атмосфере вредных примесей, источни­ком которых в основном являются промышленные предприятия и транспорт, применяют разные методы, в том числе нижеперечисленные.

1)  Устанавливают очистное оборудование для улавливания загрязняющих веществ. При этом степень улавливания отдельных видов загрязнителей сильно различается. Так, например, в России для твердых выбросов этот показатель составляет 94%, для жидких и газообразующих — лишь 28% (при этом для таких токсичных выбросов, как окислы серы и азота, степень улавлива­ния еще ниже и составляет соответственно 15% и 9%).

2)  Сооружают высокие и. сверхвысокие дымовые трубы. Чем в более высокие слои воздуха выбрасываются загрязняющие вещества, тем ниже их концентрация в приземном слое, но на тем большую площадь они рассеиваются. Например, труба высотой 100 м рассеивает выбросы в радиусе до 20 км, высотой 250 м — до 75 км. Самая высокая в мире труба высотой 400 м сооружена в Канаде, в провинции Онтарио.

3)  Совершенствуют существующие и создают новые промышленные тех­нологии, при этом нередко применяют принципиально новые экологически чистые схемы производства. Так, ускоренными темпами развивается особое направление в металлургии — биометаллургия. Например, медь получают из микроорганизмов, размножающихся в питательной среде, основу которой со­ставляют медные руды, микроорганизмы накапливают в своем теле медь.

4)  4)Располагают промышленные предприятия с учетом розы ветров.

5)  Создают санитарно-защитные зоны вокруг промышленных предприя­тий (шириной от 50 м до 1 км в зависимости от токсичности выбросов), в которых запрещено строительство жилых зданий.

6)  Осуществляют посадку зеленых насаждений. Исследования показали, что каждое взрослое дерево способно поглощать 30—40 кг пыли и копоти в год.

Для сокращения вредного влияния выхлопных газов автомобилей на здоровье людей и состояние животных и растений применяют многие методы, в том числе следующие:

1. Совершенствуют существующие модели двигателей и уменьшают вес корпуса автомобилей, чтобы сократить потребление топлива.

2. Применяют новые виды топлива. В развитых странах растет число ав­томобилей, работающих только на природном газе или способных потреблять сразу два вида топлива — газ и бензин. Разрабатываются двигатели, которые смогут работать на принципиально новых, экологически чистых видах топли­ва, например, на жидком водороде, выхлопные газы автомобилей в этом слу­чае будут представлять собой пары воды. Новый вид топлива для автомоби­лей с 1970-х гг. нашел свое применение в Бразилии. В 1973 г. цены на нефть в мире резко повысились, что заставило бразильцев искать другие виды топ­лива. Ученые предложили использовать этиловый спирт — его можно добы­вать из отходов переработки сахарного тростника. Бразилия является круп­нейшим в мире производителем сахара из сахарного тростника, поэтому в ней этиловый спирт в качестве автомобильного топлива гораздо дешевле бензина, при этом выхлопные газы содержат гораздо меньше окиси углерода, отравля­ющей атмосферу. В настоящее время в этой стране почти треть автомобилей ездит на «зеленом бензине».

3)  Используют нейтрализаторы, которые крепятся к выхлопной трубе для очистки выхлопных газов. Нейтрализаторы представляют собой металлическую оболочку, где находятся либо гранулы, на поверхности которых нанесен активный слой с добавками благородных металлов (платины, палладия), ли­бо керамический блок в виде сот. В развитых странах запрещено движение автомобилей, не снабженных нейтрализаторами.

4)  Применяют автоматизированные системы регулирования движения, чтобы уменьшить время работы двигателей автомобилей в режиме холостого хода и набора скорости (при этих режимах объемы выхлопных газов и содержание в них вредных веществ максимальны).

5)  Создают вдоль дорог зеленые насаждения, которые способны более чем на половину уменьшать вредное воздействие выхлопных газов на окружающую среду. Нужно особо подчеркнуть высокую экологическую эффективность озеленения. Деревья хорошо очищают воздух от выхлопных газов. Каждое взрослое дерево ежегодно поглощает такой объем отработанных газов, какой автомобиль в среднем выделяет за 25 тыс. км пробега, В зеленых массивах уже на расстоянии 30 м от проезжей части улицы вдвое меньше микробов, чем на транспортных магистралях. Кроме того, зеленые насаждения хорошо сокращают шумовое загрязнение.

3. Экологические последствия, связанные с антропогенным загрязнением атмосферы

В зависимости от масштабов распространения загрязнителей можно подразделять загрязнение на локальное, регио­нальное и глобальное.

Наиболее распространенными проявлениями локального и регионально­го загрязнения атмосферы являются смоги и кислотные дожди.

Смог (от английских слов, smoke — дым, копоть и fog — туман) — это сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах, обусловленное застаиванием больших масс воздуха.

Необходимым условием для образования любого типа смога является температурная инверсия (от латинского слова inversio — перестановка), кото­рая проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в приземном слое атмосферы (как правило, до высоты не выше 0,5 км) вместо обычного понижения, характерного для тропосферы. При этом теплый воздух, который легче холодного, находясь вверху, не перемешивается с более тяжелым холод­ным. Температурная инверсия чаще всего связана с охлаждением воздуха от более холодной земной поверхности. В результате нарушения циркуляции ат­мосферного воздуха, загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются, при повышенной влажности воздуха возникают туманы. Интенсивный смог вызывает аллергические реакции, раздражение глаз, расстройство кровообращения, поражает органы дыхания, повреждает растения, здания и сооружения (особенно сильно страдают скульптурные элементы).

Выделяют влажный (лондонский), сухой (фотохимический, лос-андже­лесский) и ледяной (аляскинский) типы смога.

Смог лондонского типа представляет собой сочетание газообразных за­грязнителей (прежде всего диоксида серы), пылевых частиц и капель тумана. В 1952 г. в Лондоне от смога в течение одной недели погибло более 4 тыс. че­ловек, в 1962 г. в Рурском промышленном районе Германии за три дня влаж­ный смог вызвал смерть более 160 человек.

Смог лос-анджелесского типа называют также фотохимическим: при сла­бом вертикальном перемешивании воздуха под воздействием интенсивных солнечных лучей антропогенные выбросы (прежде всего выхлопные газы ав­томобилей) участвуют в сложных химических реакциях с образованием новых высокотоксичных загрязнителей. Главный ядовитый компонент фотохимиче­ского смога — озон, дополнительными его составляющими служат угарный газ (СО), соединения азота и др.

В Лос-Анджелесе каждый год фиксируется не менее половины всех дней со смогом. В 1971 г. в Токио фотохимический смог вызвал отравление около 30 тыс. человек.

Смог аляскинского типа — это сочетание газообразных загрязнителей, пылевых частиц и кристаллов льда, возникающих при замерзании капель ту­мана и пара автомобильных систем.

Кислотные дожди — это атмосферные осадки, подкисленные (число рН ниже 5,6) из-за растворения в атмосферной влаге антропогенных выбросов (таких, как окислы серы, азота и др.). Показатель рН — это отрицательным логарифм концентрации ионов водорода, поэтому раствор с рН = 4,6 «кис­лее» раствора с рН = 5,6 в десять раз, а кислотность раствора рН = 3,6 будет отличаться от кислотности раствора с рН = 5,6 уже в сто раз (так как в пер­вом случае показатель рН отличается на одну единицу, а во втором — на две). В Западной Европе зарегистрированы кислые атмосферные осадки с рН = 2,3.

Ливневые дожди оказываются менее кислыми, чём слабые моросящие: при той же исходной концентрации загрязнителей в воздухе в последнем слу­чае они растворяются в меньшем количестве воды. В промышленных райо­нах, в атмосферу которых выбрасывается особенного много окислов азота и серы, слабые моросящие дожди иногда оказываются настолько кислыми, что повреждают не только растительность, но и одежду людей, вызывают силь­ное раздражение дыхательных путей и кожи, ускоряют коррозию металличе­ских конструкций, разрушают скульптуры, приводят к массовой гибели ры­бы в водоемах и т. п>БФРГ под угрозой гибели от кислотных дождей оказалось не менее 20% площади лесов. В Канаде из-за частых кислотных дождей более 4тыс. озер были объявлены мертвыми, а еще 12 тыс. — на гра­ни гибели. Сходные явления происходят и в России, особенно на Кольском полуострове, на Урале и в районе Норильска. Так, из-за выбросов Нориль­ского медно-никелевого комбината (на него приходится более половины все­го объема выбросов в атмосферу предприятий цветной металлургии России) громадные площади тундры и лесотундры Таймырского полуострова стали безжизненными.

В ряде случаев проблемы кислотных дождей переходят в разряд межнациональных. Доказано, что значительная часть выбросов Вёликобритании попадает на территорию Скандинавских стран в виде кислотных осадков и наносит ущерб их экономике. В Швеции и Норвегии считают, что более 80—90% окислов серы импортируется к ним из других стран.

Проблемы кислотных дождей постепенно приобретает глобальные масштабы. Особенно опасно подкисление океанических мелководий, которое приводит к невозможности размножения многих морских беспозвоночных животных, что может вызвать разрыв пищевых цепей и глубокое нарушение экологического равновесия в Мировом океане.

Озоновые дыры — это пространство в озоновом слое стратосферы с по­ниженным содержанием озона. Слой повышенной концентрации озона в стратосфере (содержание в нем озона обычно в 10 раз выше, чем у поверхно­сти Земли) защищает земные организмы от губительной жесткой ультрафио­летовой солнечной радиации.

В 1970-х гг. появились сообщения о региональных, снижениях содержа­ния азота в стратосфере. Особенно заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарктидой, часто выходящая за контуры этого конти­нента, при этом содержание озона в ней за 1980-е гг. уменьшалось почти вдвое. Менее значительные по размеру озоновые дыры и не с таким значи­тельным снижением концентрации озона наблюдаются над Арктикой,

Регулярные астрономические измерения со специального спутника показали, что появление и исчезновение озоновых дыр происходит каждый год. При этом над Антарктидой величина дыры возрастает. В середине сентября 2000 г. был побит абсолютный рекорд величины дыры за весь период наблюдения, ее площадь достигла 28 млн. км2, что почти в три раза больше территории США; однако затем она стала необычно быстро затягиваться и полностью исчезла через два месяца. Появление озоновых дыр связано с особенностями глобальной циркуляции воздуха в атмосфере. Ученых настораживает систематический рост их размеров.

Существует несколько гипотез о причинах нарушения озонового слоя:

1. Техногенное происхождение озоновых дыр. Их оппоненты утверждают, что снижение содержания озона в озоновом слое над отдельными регионами Земли и в целом в атмосфере (ско­рость глобального уменьшения оценена в 0,5—0,7%.в год) связана не с тех­ногенными выбросами а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.

Установлено, что разрушителями озона в атмосфере могут являться соеди­нения как азота и водорода (например, аммиак, метан), так и хлора, прежде всего хлорфторсодержащие вещества (фреоны). Стратосферный озон образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения на молекулы О2 (О + О2 → О3), но туда попадают и атомы Cl, которые наиболее эффективно разрушают слой озона (Cl + О3 → ClO + О2), затем ClО + О →Cl+О2 и т. д. Сторонники гипотезы о техно­генном происхождении озоновых дыр считают главной причиной их возникно­вения попадание фреонов в стратосферу. Фреоны применяют в холодильных установках, кондиционерах, огнетушителях, аэрозольных баллончиках и т. п. В 1987 г. был подписан Монреальский протокол (в нем участвовали более 50 стран) о постепенной ликвидации применяющих фреоны технологий и пре­кращении производства самих фреонов. Результатом явилось прекращение роста содержания хлоридов в атмосфере Земли в 1990 г., с 1994 г. их содержа­ние постоянно снижается.

К глобальным проблемам, связанным с антропогенным загрязнением ат­мосферы, относят проблему нарушения озонового слоя в стратосфере (про­ема озоновых дыр) и проблему усиления парникового эффекта.

Проблема усиления парникового эффекта связана с потеплением климата на Земле (за последние 50 лет средняя температура атмосферы повысилась на 0,70С) за счет повышения содержания в атмосфере веществ, которые препятствуют длинноволновому, тепловому излучению с земной поверхности. Такими веществами (парниковыми газами) являются углекислый газ, окислы азота, метан, пары воды, фреоны и др.

Одна из наиболее устойчивых тенденций последних десятилетий — рост концентрации углекислого газа в атмосфере: с начала XX в. она увеличилась в 1,12 раза, за последние двадцать лет ее рост в тропосфере составил 0,3—0,4% в год. Предполагается, что удвоение содержания углекислого газа в атмосфе­ре Земли может произойти к середине нынешнего века. Следствием этого ста­нет увеличение средней температуры воздуха на нашей планете.

Различные расчеты предсказывают увеличение температуры на полюсах на 5—6 °С, а в средних широтах на 2—3 °С. Однако достоверность таких ко­личественных прогнозов невелика, так Как невозможно достаточно полно учесть все сопутствующие явления. В настоящее время пока еще нет методов, которые давали бы возможность с высокой степенью надежности учесть из­менения систем океанических течений и воздушных потоков в условиях но­вого теплового баланса, определить изменения отражательной способности ледников и полярных льдов и степень влияния увеличения облачного покрова Земли на ее температурный режим. Вместе с тем не следует недооценивав опасность таяния полярных льдов и ледников: если это произойдет, огромные территорий, на которых ныне живет не менее четверти всего человечества: могут оказаться под водой.

Решение проблемы усиления парникового эффекта, как правило, связы­вают, с уменьшением поступления в атмосферу именно углекислого газа, уве­личению содержания других парниковых газов уделяется значительно меньше внимания.

Предлагаются разные пути предотвращения опасного повышения концентрации в атмосфере углекислого газа. Один из них - уменьшение сжигания органического топлива. Он лежит в области перспективных технически: разработок новых источников энергии, однако в ближайшие годы вряд ли произойдет серьезное снижение масштабов сжигания традиционных видов топлива — нефтепродуктов, угля и газа.

Второй путь — увеличение площади растительного покрова на Земле, прежде всего лесного. При этом приходится иметь в виду, что растительные экосистемы не только поглощают углекислый газ при фотосинтезе, но и выделяют его как при дыхании растений, так и при гниении органических остатков.

Еще один путь - снижение антропогенного загрязнения Мирового океана. Антропогенные загрязнители подавляют фотосинтетическую активность океанических микроорганизмов, угнетают их способность поглощать углекислый газ из атмосферы, преобразовывая его в органические вещества донны отложений.

Многие ученые подвергают сомнению точку зрения о преимущественно техногенной обусловленности современных климатических изменений за счет увеличения содержания в атмосфере парниковых газов, прежде всего углекислого газа.

Они связывают повышение глобальной температуры с естественным температурными колебаниями, которые неоднократно происходили в геологической истории Земли за счет изменения наклона оси вращения нашей планеты, изменения орбиты ее вращения и т. п.

4. Состояние и тенденции изменения качества атмосферного воздуха в России

Проблема загрязнения атмосферного воздуха в нашей стране особенно обострилась с гг. XX в. В конце 1990-х – начале 2000-х гг. в России было более 200 городов, в которых средние за год концентрации одной или нескольких примесей (загрязняющих веществ) превышали установленные нормативы; в них проживали более 44% всего и свыше 61% городского населения страны. Теперь порядка 70 млн. человек (до 48% общей численности населения страны) дышат воздухом, насыщенным вредными для здоровья веществами в концентрациях, значительно превышающих нормы. Более 50 млн. человек (свыше 34% населения) испытывают воздействие различных вредных веществ, содержащихся в воздухе в концентрациях в 10 раз выше нормы, а свыше 60 млн. человек (41%) – в концентрациях в 5 раз выше нормы. Воздействию загрязненного атмосферного воздуха подвергаются (в процентах от общей численности на­селения каждого экономического района): в Центральном — 37%, Северо-Западном — 71%, Северном — 19%, Волго-Вятском — 7%, Центрально-Черноземном — 27%, Поволжском — 40%, Северо-Кавказском — 16%, Уральском — 19%, Западно-Сибирском — 39%, Восточно-Сибирском — 41%, Дальневосточном — 19% населения.

Среди городов, выделяющихся наибольшим уровнем загрязнения возду­ха: Балаково, Бийск, Екатеринбург, Иркутск, Кемерово, Красноярск, Красно­дар, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Москва, Новокузнецк, Новороссийск, Омск, Ростов-на-Дону, Селенгинск, Тюмень, Улан-Удэ, Хабаровск; Чита, Южно-Сахалинск и некоторые другие (табл. 1—2).

Проблема охраны атмосферного воздуха в 1990-е гг. еще более обостри­лась. Основные особенности изменения объемов выбросов и улавливания за­грязняющих атмосферу веществ, отходящих от стационарных источников в России в 1990-е гг., можно сформулировать так:

1. Главным образом из-за резкого сокращения объемов промышленного производства сократился объем выброшенных атмосферу загрязняющих ве­ществ: 1990 г. — 34,1 млн. т, 1999 г. — 18, 5 млн. т; сокращение более чем в 1,8 раза (табл. 3—6).

2. Объём уловленных и обезвреженных загрязняющих атмосферу ве­ществ сократился, в основном, из-за недостаточного оснащения предприятий пыле - газоулавливающими установками, их неисправностью или пони­женной эффективностью функционирования (уловлено и обезврежено в 1990 г. — 116,9 млн. т, в 1999 г. — 61,1 млн. т; сокращение в 1,9 раза). Пока из всех российских предприятий, загрязняющих атмосферу, только 38—40% оборудованы пыле- газоочистными установками, из которых 20% не работа­ют или работают неэффективно (табл. 3-4, 11 — 12).

3. Объем уловленных и обезвреженные загрязняющих веществ в процен­тах от общего количества загрязняющих веществ, отходящих от стационарных источников фактически не изменился (1990 г. — 77%; 1991 г. — 78%; 1999 г. — 77%). Соотношение объемов уловленных и обезвреженных веществ и выброшенных в атмосферу загрязняющих веществ по годам принципиаль­но не менялось и составляло 3,3—3,4 раза (табл. 3—4, 11).

4. Резко сократившиеся масштабы ввода в действие мощностей по охране атмосферного воздуха сдерживают работы по сохранению его качества. Ввод установок для улавливания и обезвреживания вредных веществ из отходящих газов составлял в млн. м3 газа в час: 1980 г. — 18,4; 1990 г. — 16, 4; 1996 г. — 6,3; 1998 г. — 1,2; в 1998 г. — 3,8 (табл. 7—8). Остро ощущается недостаток финансирования работ, обеспечивающих сохранение качества атмосферного воздуха и контроль за его состоянием.

В России контроль за загрязнением атмосферы осуществляется почти в 350 городах, в том числе в 219 поселениях силами Федеральной службы, гид­рометеорологии и мониторинга окружающей среды. Система наблюдения за качеством атмосферного воздуха в нашей стране включает более 1200 станций и охватывает почти все города с населением более 100 тыс. жителей и города с крупными промышленными предприятиями.

В нашей стране мониторинг загрязнения атмосферного воздуха осуществ­ляется на трех уровнях: местном, региональном, глобальном. На первом уров­не он осуществляется сетью стационарных постов в разных городах, поселках и их частях, а также с помощью передвижных лабораторий. Мониторинг на региональном уровне осуществляется на специализированных станциях вдоль государственной границы России. Мониторинг глобального загрязнения ат­мосферного воздуха осуществляется на четырех базовых фоновых станциях (по две в Европейской и Азиатской частях страны) и еще на нескольких фо­новых станциях, расположенных в биосферных заповедниках и заповедных территориях нашей страны.

6. Состояние атмосферного воздуха в Ставропольском крае

Уровень загрязнения атмосферы в крае определяется выбросами про­мышленных предприятий, действием сельскохозяйственных производств, работой котельных и автотранспорта. Основными загрязняющими веще­ствами, выбрасываемыми в воздух, являются оксиды углерода (62%), оксиды азота (14%), углеводороды (10%), двуокись серы (4%).

В настоящее время Ставропольский край находится на 40 месте по выбросам загрязняющих веществ среди других российских краев и областей, а Ставрополь занимает 44 место среди городов с наиболее высо­ким уровнем загрязнения. На одного жителя края в год приходится около 100 кг выбросов.

По данным Ставропольского государственного комитета по охране окружающей среды, ежегодно в атмосферу края выбрасывается более 400 тыс. тонн загрязняющих веществ. Из них выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников составляют в среднем около 90 тыс. тонн.

Сильно загрязнен атмосферный воздух над наиболее крупными горо­дами Ставропольского края: Ставрополем, Невинномысском, Буденовском, Минеральными водами.

В Ставрополе шлейфы густого дыма исходят от шести асфальтовых заводов, отчего страдают жители Северо-Западного района, г. Михайловска и прилегающих сел - Верхнерусского, Новомарьевки. Над г. Невинномысском распространяется шлейф «рыжего хвоста» от предприятия «Азот».

Из стационарных источников значительный вклад в выбросы загряз­няющих веществ в атмосферу края вносят предприятия энергетики, преж­де всего АО «Ставропольская ГРЭС» и АО «Невинномысская ГРЭС». К загрязнителям атмосферного воздуха также относятся предприятия нефтехимии
и транспортировки топлива.

Выбросы в атмосферу от машиностроительных предприятий также достаточно велики. В их составе преобладает оксид углерода» фенол, аммиак, серная кислота и другие вещества. Ряд их, например фтор, кадмий, бериллий, асбест, кварцсодержащая пыль, снижают сопротивляемость ор­ганизма к заболеваниям.

Еще одним источником загрязнения воздуха в крае являются транспортные средства. Доля выбросов автотранспортом загрязняющих веществ в атмосферу в некоторых местах края превысила 70% от общей суммы выбросов. Особенно значительно влияние транспорта вдоль основ­ных автомагистралей. Большую опасность представляет поступление в атмосферу вместе с выхлопными газами канцерогенных веществ, и осо­бенно бензапирена. Вблизи автодорог его концентрация может превышать норму в 10 и более раз. Попадая в дыхательные пути, бензопирен стиму­лирует образование злокачественных опухолей. Он обычно в больших ко­личествах присутствует в отработанных газах автомобилей, особенно с дизельными двигателями. Содержится бензопирен также в дыме копти­лен, сигаретном дыму, в продуктах обжаренных на дыму.

В автотранспортных выбросах содержатся тяжелые металлы, прежде всего это свинец, а так же медь, кадмий, являющиеся весьма опасными для здоровья людей.

На состояние воздушного бассейна края оказывает и сельскохозяйственное производство. Загрязнение атмосферы происходит от автотракторной техники, при обработке посевов с помощью авиации, от крупных животноводческих комплексов и птицефабрик, в выбросах которых присут­ствуют такие вещества, как аммиак, сероводород, ацетон, органические кислоты, а также аэробные бактерии.

Не случайно в структуре заболеваний городов Ставрополя и Невинномысска ведущее место занимают болезни органов дыхания - 36%. Наи­более распространенными заболеваниями являются хронический фарин­гит, аллергический ринит, бронхиальная астма, пневмония.

Достаточно высока доля заболеваний нервной системы и органов чувств. Одной из причин, способствующих возникновению расстройств нервной системы, является шум.

Вопросы для самоконтроля

1.  Роль и состав атмосферы.

2.  Назовите основные загрязнители атмосферы.

3.  Что такое «парниковый эффект» и «озоновая дыра»? Причины этих явлений.

4.  Назовите технологические процессы и виды продукции машино­строительного производства, оказывающие негативное воздействие на ат­мосферу.

5.  Каковы особенности негативного влияния на атмосферу транспор­та?

6.  Назовите основные причины, вызывающие разрушение озонового слоя Земли, выпадения кислотных дождей, образование смога.

7.  Перечислите естественные и искусственные источники загрязнения атмосферы.

8.  Каковы важнейшие экологические последствия глобального за­грязнения атмосферы?

9.  Каковы особенности загрязнения воздуха в помещениях?