Загрязнение атмосферы Земли

Что такое загрязнение атмосферы? Пожалуй проще всего ответить на этот вопрос так: загрязнение атмосферы это привнесение в атмосферный воздух чужеродных для его состава веществ либо изменение соотношения газов в его составе.

По характеру источника загрязнения загрязнение атмосферы может быть естественным и антропогенным или искусственным.

Естественное загрязнение как правило не зависит от хозяйственной деятельности человека. К источникам естественного загрязнения атмосферы можно отнести: извержения вулканов либо излияния магмы, которые поставляют сотни тонн серы, хлора и зольных частиц, лесные и степные пожары, являющиеся основными поставщиками угарного газа, пыльные бури либо выдувание верхних почвенных горизонтов, биологические загрязнения, например, пыльцу растений и микроорганизмы, загрязнение газом радоном, который образуется в результате распада в земной коре и по трещинам выходит на поверхность, загрязнение метаном — побочным продуктом при переваривании пищи крупными животными, космическую пыль. Стоит отметить, что на интенсивность некоторых источников естественного загрязнения атмосферы прямо воздействует человек. Например, обезлесение, принявшее в XX и XXI веке угрожающие масштабы, приводит к заметному увеличению числа пыльных бурь, увеличению площади пустынь и антропогенных пустошей. Рост же влияния биологических источников загрязнения атмосферы Земли связан со всё более увеличивающейся численностью домашних животных и людей, оставляющих миллионы тонн естественных отходов.

В отличии от естественных источников загрязнения, которые имеют место быть и без вмешательства человека, антропогенные источники загрязнения атмосферы прямо связаны с хозяйственной деятельностью человека. Соответственно чем эта хозяйственная деятельность интенсивнее, тем их вклад в общее загрязнение атмосферы выше.

Антропогенные источники загрязнения атмосферы делятся на 3 большие группы.

К первой из них относятся практически все виды современного транспорта: автомобильный, железнодорожный, воздушный, морской и речной,— это т.н. транспортные загрязнители. Трубопроводный транспорт из этого списка исключен, т.к. считается экологически безопасным, с отсутствием потерь грузов в процессе транспортировки при полной механизации и автоматизации трудоёмких погрузочно-разгрузочных работ.

Ко второй группе источников искусственного загрязнения можно отнести все промышленные предприятия, осуществляющие выбросы при технологическом процессе либо отоплении. Это промышленные загрязнители.

Наконец, к третьей группе — бытовым загрязнителям — можно отнести жилые дома, т.к. жильцы, проживающие в этих самых домах часто сжигают топливо и способствуют формированию тысяч тонн бытовых отходов, которые затем сжигаются либо перерабатываются, что приводит к загрязнению атмосферного воздуха метаном, который в обычных условиях не токсичен, но способен образовывать взрывоопасные смеси и кроме того удушающе действует в замкнутом пространстве. В развивающихся странах с низким уровнем жизни и использованием для обогрева жилиц древесины, соломы или навоза именно бытовые загрязнители являются основными.

В отдельную группу антропогенных источников загрязнения атмосферы можно выделить военные загрязнители, т.е. все полигоны, ядерные и испытательные центры. Именно эти объекты ответственны за радиоактивное и токсическое заражение воздуха на больших территориях.

Антропогенные загрязнители неоднородны по своему составу и потому делятся на: механические, в качестве примера которых можно привести пыль, химические, отличающиеся от механических тем, что могут вступать в химические реакции и радиоактивные, т.е. частицы, способные ионизировать вещество.

Кроме деления по источнику загрязнения существует деление по характеру загрязнителя, в зависимости от которого загрязнение атмосферы может быть:

Физическим, которое в свою очередь подразделяется на механическое, радиоактивное, электромагнитное, шумовое и тепловое. Механическое загрязнение приводит к увеличению содержания в атмосферном воздухе пыли и твёрдых взвешенных частиц, что в свою очередь нарушает естественный ход атмосферных процессов. Радиоактивное способствует накоплению в воздухе изотопов и пронизыванию его радиоактивным излучением. К электромагнитному загрязнению можно отнести радиоволны. К шумовому — как громкие звуки, так и низкочастотные, не улавливаемые человеческим ухом, колебания. И, наконец, тепловое загрязнение приводит к повышению температуры воздуха в пределах источника этого типа загрязнения.

Химическим, к которому относят загрязнение атмосферы вредными газами и аэрозолями.

Биологическим, ярким примером которого является загрязнение воздуха спорами грибов и бактерий, вирусами и продуктами их жизнедеятельности.

По происхождению загрязнители воздуха, и антропогенные, и естественные, могут быть поделены на первичные и вторичные. Первые поступают в воздух непосредственно от источника загрязнения. К ним относятся, например, угарный газ и оксиды азота, поступающие в атмосферу с выхлопными газами автомобилей, пыль, источниками происхождения которой могут быть вулканические взрывы и пожары, диоксид серы, содержащийся в выбросах тепловых электростанций. Вторичные загрязнители воздуха образуются при взаимодействии первичных загрязнителей с прочими химическими веществами, с воздухом либо друг с другом. В качестве примера таких загрязнителей можно привести озон, образующийся в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений.

Основными первичными загрязнителями атмосферного воздуха сегодня являются:

Оксиды углерода: окись углерода (СО) или монооксид углерода и двуокись углерода (СО₂) или углекислый газ.

Окись углерода, называемая также из-за своих особенностей угарным газом образуется при неполном сжигании топлива: угля, природного газа, нефти или дров, чаще всего при недостатке кислорода и при низких температурах. Источниками загрязнения земной атмосферы окисью углерода являются: автомобильный транспорт, частные дома, промышленные объекты. Ежегодно в атмосферу от антропогенных источников поступает до 1250 млн. тонн этого вещества.

Угарный газ чрезвычайно опасен: при растворении в крови человека он образует прочные комплексные соединения с гемоглобином блокируя поступление кислорода в кровь.

Углекислый газ поступает в атмосферу при вулканических извержениях, разложении органического вещества и хозяйственной деятельности человека, например, при производстве цемента или сжигании ископаемого топлива. При этом сегодня антропогенные источники вносят больший вклад в поступление углекислого газа в атмосферу чем все природные вместе взятые.

Стремительное увеличение содержания углекислого газа приводит к нарастающему и неконтролируемому парниковому эффекту, могущему привести к непредсказуемым последствиям. Климатические данные по Шпицбергену и станции Литтл-Америка на шельфовом леднике Росса в Антарктиде свидетельствуют о повышении средних годовых температур примерно за 50-летний период соответственно на 5° и 2,5° С, что может быть связано с увеличением содержания углекислого газа на 10%. А ведь в ближайшие 100 лет при сохранении нынешних темпов поступления углекислого газа его содержание в земной атмосфере увеличится вдвое, что вполне может повысить общую глобальную температуру приземного воздуха на 1,5-4° С.

Кроме нарастающего парникового эффекта рост доли углекислого газа приводит к изменению хода выпадения осадков в разных климатических областях, повышению температуры верхнего слоя воды  таянию морских и материковых льдов, сокращению площади пахотных земель, вымиранию отдельных видов растений и животных.

Вторыми по распространенности загрязняющими атмосферу веществами являются углеводороды. Углеводороды объединяют чрезвычайно разнообразные вещества включающие от 11 до 13 атомов углерода и содержащиеся в несгоревшем бензине, чистящих жидкостях, растворителях и т.д. Под воздействием солнечной радиации углеводороды взаимодействуют с прочими загрязняющими веществами, подвергаясь окислению, полимеризации, с образованием новых химических соединений: перекисных соединений, свободных радикалов. При соединении углеводородов с оксидами серы и азота образуются аэрозольные частицы, могущие при определенных условиях создавать фотохимические туманы с высокой долей загрязняющих веществ.

Наиболее опасным среди углеводородов является бензопирен, являющийся сильным канцерогеном. Бензопирен накапливается в организме, вызывая лейкемию и повышая риск врожденных уродств.

Альдегиды — это целый класс органических соединений, оказывающих общетоксическое, раздражающее и нейротоксическое действие на организмы человека и животных. Основными источниками поступления альдегидов в атмосферу являются выхлопные газы автомобилей, содержащие несгоревшие частицы топлива.

Воздействие альдегидов на человека крайне неблагоприятное. Так, самый распространённый из альдегидов — формальдегид — вызывает раздражение глаз, носоглотки, насморк, кашель, затруднение дыхания. Особенно он опасен для детей.

В развитых странах и крупных урбанизированных центрах развивающихся стран среди загрязнителей атмосферы Земли велика доля оксидов или окислов азота: монооксида азота NO и диоксида азота NO₂. Образуются они при всех процессах горения и при производстве азотных удобрений, азотной кислоты и нитратов, анилиновых красителей, нитросоединений, искусственного шелка и целлулоида. В развитых странах основным источником их поступления являются выбросы автомобилей. Общее количество поступающих от антропогенных источников окислов азота составляет примерно 65 млн. тонн в год.

Оксиды азоты оказывают негативное воздействие на рост растений. Вызывают заболевания дыхательных путей, приводят к затруднению дыхания, повышают вероятность вирусных заболеваний и возникновение злокачественных новообразований. У детей часто вызывают кислородное голодание тканей. Отмечена также их важная роль в формировании кислотных дождей. Так, в Европе они составляют до 50% вредных веществ выпавших на поверхность с кислотными дождями.

В результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений образуется озон, являющийся одним из наиболее токсичных загрязнителей атмосферного воздуха. Является основной составляющей фотохимического смога, который приводит к развитию глазных и лёгочных заболеваний, провоцирует головные боли, кашель и т.д..

При сжигании содержащих серу ископаемых видов топлива образуется диоксид серы или сернистый ангидрид. Основным источником поступления этого загрязнителя являются тепловые электростанции работающие на угле и предприятия по переработке сернистых руд. Часть сернистого ангидрида поступает в атмосферу при сжигании органики на горнорудных отвалах. Ежегодно от всех источников загрязнения поступает более 190 млн. тонн этого вещества, которое является наиболее важным в процессе формирования кислотных дождей. Наиболее крупным источником загрязнения являются США, предприятия которых ответственны за 65% общемировых выбросов сернистого ангидрида.

При окислении диоксида серы кислородом воздуха образуется треокись серы или серный ангидрид. Основными источниками поступления серного ангидрида в атмосферу Земли являются предприятия черной и цветной металлургии.

Серный ангидрид представляет собой аэрозоль, который при взаимодействии с обычной водой образует раствор серной кислоты. При выпадении раствора на поверхность почвы с кислотными дождями происходит её окисление, при попадании на металлические поверхности — ускоряется коррозия. Но наибольшую опасность серная кислота представляет для жизни и здоровья человека, обостряя заболевания дыхательных путей.

Вместе с двумя рассмотренными выше оксидами серы в атмосферу также часто поступают сероводород и сероуглерод. Первый при взаимодействии с кислородом образует раствор диоксида серы, второй при взаимодействии с треокисью серы образует диоксид серы и серооксид углерода. Кроме металлургических предприятий важными источниками поступления сероводорода и сероуглерода являются также предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.

Свинец содержится в этилированном бензине, соответственно основными источниками его поступления в атмосферу являются выхлопные газы автомобилей. Важными источниками его поступления являются также металлургические, химические, оборонные и деревоперерабатывающие предприятия, тепловые электростанции и мусоросжигательные заводы.

Свинец способен накапливаться в тканях животных, вызывая тяжёлые специфические заболевания. Особенно опасен тетраэтилсвинец, входящий в качестве присадки в состав этилированного бензина. Он очень токсичен и поражает практически все органы и ткани, задерживая умственное развитие и часто приводя к смерти. Столь пагубное воздействие тетраэтилсвинца на организм не могло не вызвать беспокойство экологических и медицинских организаций развитых стран. Потому сегодня производство этилированного бензина запрещено в Европе, США и Японии.

Кроме того большое количество свинца в виде оксидов аккумулируется верхним слоем почвы. Для примера: слой почвы толщиной 1 метр на 1 гектаре накапливает до 500-600 тонн этого ядовитого металла. Такая почва становится непригодной для ведения сельскохозяйственной деятельности и соответственно выводит из оборота зараженный участок земли.

Цинк поступает в атмосферу с металлической пылью при плавке этого металла. Отравление парами оксида цинка приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию.

Кадмий попадает в воздух при сжигании горючих полезных ископаемых, мусора, а также при производстве стали. Оксид кадмия является крайне ядовитым веществом. Непродолжительное вдыхание его паров способно привести к тяжелым поражениям организма.

Источниками присутствия хрома в нижних слоях атмосферы являются промышленные выбросы предприятий по его добыче, переработке и применению, сжигание минерального топлива. Превышение ПДК хрома в воздухе приводит к различным, в том числе онкологическим заболеваниям. В-первую очередь хром поражает почки, печень и поджелудочную железу. Относится к веществам 1 класса опасности.

Аммиак попадает в воздух при уборке, хранении и использовании азота, при вымывании удобрений из сельскохозяйственных земель. Соответственно производят его крупные животноводческие и фермерские хозяйства. По физиологическому действию на организм аммиак относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы.

Фтор поступает в атмосферный воздух с промышленными выбросами заводов по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Обладает токсическим эффектом. Соединения же фтора — сильные канцерогены.

Соединения хлора попадают от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере присутствуют примеси с молекулами хлора, так и пары соляной кислоты.

Основными источниками поступления в атмосферу технологической пыли являются добыча полезных ископаемых, тепловые электростанции, сжигание твердого ископаемого топлива в быту, изготовление цемента и выплавка чугуна. Суммарно от этих источников выбрасывается до 170 млн. тонн пыли в год, что составляет около 10% от общего количества пылевых частиц поступающих в атмосферу ото всех источников: и природных, и антропогенных.

Пыль антропогенного происхождения делится на 4 больших класса:

К первому классу относят механическую пыль, образующуюся при измельчении продуктов при разнообразных технологических процессах.

Ко второму — возгоны, образующиеся при конденсации паров вещества в результате охлаждения газов, пропускаемых через технологические устройства.

Третий класс объединяет все виды летучих зол — несгораемых остатков топлива.

К последнему четвёртому классу относится промышленная сажа — входящий в состав выбросов промышленных предприятий твёрдый высокодисперсный углерод, образующийся при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

Частицы пыли являются ядрами конденсации и способствуют увеличению облачности. В свою очередь это приводит к уменьшению солнечной радиации, приходящей к поверхности Земли, что негативно сказывается на росте и развитии растений.

Кроме того значительное содержание мелких пылевых частиц в воздухе провоцирует болезни сердца, нарушает нормальную работу легких и способно вызывать рак.

Радиоактивные частицы являются сравнительно новым источником загрязнения земной атмосферы. Появляются при ядерных взрывах, производстве термоядерного оружия, работе атомных электростанций и экспериментальных реакторов, при авариях на предприятиях, использующих либо производящих радиоактивные вещества и топливо.

Радиоактивное загрязнение чрезвычайно опасно: радионуклиды накапливаются в организме, вызывая многочисленные мутации и приводят к возникновению у человека лучевой болезни.

По данным Всемирной организации здравоохранения ежегодно от причин связанных с загрязнением воздуха в мире умирают более 2,5 млн. человек, из которых 1,5 млн. смертей связаны с загрязнением воздуха внутри помещений.

Загрязнение воздуха способствует развитию болезней сердца и эмфиземы легких, усугубляет астму и вызывает сильные аллергические реакции, значительно увеличивает младенческую смертность. В результате многие люди вынуждены пропускать учебные часы либо брать больничный. Продолжительность жизни в крупных городах, где загрязнение атмосферного воздуха особенно значительно, снижается в среднем на 9 месяцев.

Отмечена связь сильного загрязнения воздуха с ростом числа инсультов. Особенно заметна она в развивающихся странах.

Но наиболее негативные последствия вызывают аварии на промышленных объектах с выбросом многих тонн загрязняющих воздух веществ, могущие в течение короткого промежутка времени послужить причиной смерти десятков, сотен, а в отдельных случаях и тысяч людей. Пожалуй самой известной и масштабной такой аварией Бхопальская катастрофа. В результате аварийного выброс паров метилизоцианата на химическом заводе Union Carbide в индийском городе Бхопал погибли более 25.000 человек, а еще от 150000 до 600000 пострадали ,причем многие стали инвалидами. Известны случаи массовой гибели людей от воздействия смога: Великий смог в Лондоне 4 декабря 1952 года, при котором погибло более 4000 человек, и при случайных бактериологических заражениях гражданского населения: авария 1979 года под Свердловском (СССР), когда от заражения спорами сибирской язвы погибли несколько сотен мирных жителей.