Экологические последствия загрязнения атмосферы

Физиологическое воздействие на человеческий организм загрязнителей атмосферного воздуха различно. Оксид уг­лерода (угарного газа) прочно соединяется с гемоглобином крови, что препятствует нормальному снабжению органов и тканей кислородом, в результате ослабляются процессы мыслительной деятельности, замедляются рефлексы, воз­никает сонливость, возможны потери сознания и смерть от удушья. Диоксид кремния (SiO₂), содержащийся в пыли, вызывает тяжелое заболевание легких — силикоз. Диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, кото­рая разрушает легочную ткань. Оксиды азота раздражают и разъедают слизистые оболочки глаз и легких, увеличивают восприимчивость к инфекционным заболеваниям, вызыва­ют бронхит и пневмонию. Если в воздухе содержатся совместно оксиды азота и диоксид серы, то возникает эф­фект синергизма, т.е. усиление токсичности всей газообраз­ной смеси. Частицы размером менее 5 мкм способны прони­кать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки.

Незначительные по объему выбросы такие, как бенз(а)-пирен, соединения свинца, кадмия, ртути, мышьяка, кобаль­та, фосфора и др., могут оказывать воздействие, растяну­тое во времени. Они обладают канцерогенным действием, вызывают дефекты у новорожденных, снижают иммунитет, угнетают кроветворную и нервную системы и т.д.

Парниковый эффект и глобальное потепление клима­та. Парниковый (тепличный, оранжерейный) эффект — разогрев нижних слоев атмосферы, вследствие способнос­ти атмосферы пропускать коротковолновую солнечную ра­диацию, но задерживать длинноволновое тепловое излу­чение земной поверхности (рис. 25). Водяной пар задержи­вает около 60% теплового излучения Земли и углекислый газ — до 18%. В отсутствие атмосферы средняя температу­ра земной поверхности была бы -23 °С, а в действительно­сти она составляет +15 °С.

Парниковому эффекту способствует поступление в ат­мосферу антропогенных примесей (диоксида углерода, ме­тана, фреонов, оксида азота и др.). За последние 50 лет содержание углекислого газа в атмосфере возросло с 0,027 до 0,036%. Это привело к повышению среднегодовой температуры на планете на 0,6°. Существуют модели, согласно которым если температура приземного слоя атмосферы под­нимется еще на 0,6-0,7°, произойдет интенсивное таяние ледников Антарктиды и Гренландии, что приведет к повы­шению уровня воды в океанах и затоплению до 5 млн км² низменных, наиболее густо заселенных равнин.

Отрицательные для человечества последствия парни­кового эффекта заключаются в повышении уровня Миро­вого океана в результате таяния материковых и морских льдов, теплового расширения океана и т.п. Это приведет к затоплению приморских равнин, усилению абразионных процессов, ухудшению водоснабжения приморских городов, деградации мангровой растительности и т.п. Увеличение се­зонного протаивания грунтов в районах с вечной мерзлотой создаст угрозу дорогам, строениям, коммуникациям, акти­визирует процессы заболачивания, термокарста и т.д.

Положительные для человечества последствия парни­кового эффекта связаны с улучшением состояния лесных экосистем и сельского хозяйства. Повышение температуры приведет к увеличению испарения с поверхности океана, это вызовет возрастание влажности климата, что особенно важно для аридных (сухих) зон. Повышение концентрации углекис­лого газа увеличит интенсивность фотосинтеза, а значит, продуктивность диких и культурных растений.

Разрушение «озонового слоя». Озоновый слой (озонос-фера) — слой атмосферы с наибольшей концентрацией озо­на (О₃) на высоте 20-25 (22-24) км. Содержащееся в озоно­вом слое количество озона невелико: в приземных услови­ях атмосферы (при давлении 760 мм и температуре +20 °С) он образовал бы слой толщиной всего 3 мм. В атмосфере озон образуется из кислорода под действием ультрафиоле­тового излучения (рис. 26).

«Озоновая дыра» — значительное пространство в озо-носфере планеты с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона. Считается, что основной причиной воз­никновения «озоновых дыр» является значительное содержа­ние в атмосфере фреонов. Фреоны (хлорфторуглероды) — высоколетучие, химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладагентов (холодильники, кондиционеры, реф­рижераторы), пенообразователей и распылителей (аэрозоль­ные упаковки). Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмос­феры, подвергаются фотохимическому разложению с обра­зованием окиси хлора, интенсивно разрушающей озон.

Истощение озонового слоя в атмосфере Земли приво­дит к увеличению потока ультрафиолетовых лучей на зем­ную поверхность. Ультрафиолетовые лучи в небольших до­зах необходимы живым организмам (стимуляция роста и развития клеток, бактерицидное действие, синтез витами­на D и т.д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать раковые заболевания и мутации.

Кислотные дожди. Кислотный дождь — дождь или снег, подкисленный до рН < 5,6 из-за растворения в атмосфер­ной влаге антропогенных выбросов (оксиды серы, оксиды азота, хлороводород, сероводород и др.).

Отрицательное воздействие кислотных дождей на рас­тительность проявляется как в прямом биоцидном воздей­ствии на растительность, так и в косвенном через сниже­ние рН почв. Выпадение кислотных дождей приводит к ухуд­шению состояния и гибели целых лесных массивов, а также снижению урожайности многих сельскохозяйственных куль­тур. Кроме того, отрицательное воздействие кислотных дождей проявляется в закислении пресноводных водоемов. Снижение рН воды вызывает сокращение запасов промыс­ловой рыбы, деградацию многих видов организмов и всей водной экосистемы, а иногда и полную биологическую ги­бель водоема. Негативные последствия кислотных дождей зафиксированы в Канаде, США, Европе, России, Украине, Белоруссии и других странах.

Смог. Смог — ядовитая смесь дыма, тумана и пыли. Раз­личают два типа смога: лондонский и лос-анджелесский.

Лондонский (зимний) смог образуется зимой в крупных промышленных центрах при неблагоприятных погодных ус­ловиях: отсутствии ветра и температурной инверсии. Тем­пературная инверсия проявляется в повышении темпера­туры воздуха с высотой (в слое 300-400 м) вместо обычного понижения. В результате дым и загрязняющие вещества (пыль, оксиды серы и углерода) не могут подняться вверх и рассеяться, а образуют туманную завесу.

Лос-анджелесский (летний, фотохимический) смог воз­никает летом также при отсутствии ветра и температурной ной инверсии, но обязательно в солнечную погоду. Он об­разуется при воздействии солнечной радиации на оксиды азота и углеводороды, поступающие в воздух в составе выхлопных газов автомобилей и выбросов предприятий. В результате образуются высокотоксичные загрязнители — фотооксиданты, состоящие из озона, органических перок-сидов, пероксида водорода, альдегидов и т.д.

Смог вызывает обострение респираторных заболеваний, раздражение глаз, ухудшение физического состояния и т.д. вплоть до летального исхода. В 1952 г. в Лондоне от смога за две недели погибло более 4000 человек.

Рассеять смог может только ветер, а бороться с ним мож­но путем сокращения выбросов загрязнителей в атмосферу.

Защита атмосферы

В целях защиты атмосферы от загрязнения применяют следующие экозащитные мероприятия:

• экологизация технологических процессов;

• очистка газовых выбросов от вредных примесей;

• рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

• соблюдение нормативов допустимых выбросов вред­ных веществ;

• устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения Экологизация технологических процессов — это в пер­вую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. Кроме того, необходима предварительная очистка топлива или замена его более экологичными видами, применение гидрообеспыливания, рециркуляция газов, перевод различ­ных агрегатов на электроэнергию и др.

Очистка газовых выбросов от вредных примесей. Ны­нешний уровень технологий не позволяет добиться полно­го предотвращения поступления вредных примесей в ат­мосферу с газовыми выбросами. Поэтому повсеместно ис­пользуются различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли) и токсичных газо- и парообразных приме­сей (NO, NO₂, SO₂, SO₃ и др.).

Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различ­ные типы устройств в зависимости от степени запыленнос­ти воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки: сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры), мокрые пылеуловители (скрубберы и др.), фильтры, электрофильтры: каталитические, абсорбци­онные, адсорбционные и другие методы для очистки газов от токсичных газо- и парообразных примесей.

Рассеивание газовых примесей в атмосфере — это сни­жение их опасных концентраций до уровня соответствую­щего ПДК путем рассеивания пылегазовых выбросов с по­мощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем боль­ше ее рассеивающий эффект. К сожалению, этот метод позволяет снизить локальное загрязнение, но при этом про­является региональное.

Устройство санитарно-защитных зон и архитектурно-планировочные мероприятия.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) — это полоса, отде­ляющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влия­ния вредных факторов производства. Ширина этих зон со­ставляет от 50 до 1000 м в зависимости от класса производ­ства, степени вредности и количества выделяемых в атмос­феру веществ. Ширина этих зон со­ставляет от 50 до 1000 м в зависимости от класса производ­ства, степени вредности и количества выделяемых в атмос­феру веществ.

Архитектурно-планировочные мероприятия включа­ют правильное взаимное размещение источников выброса и населенных мест с учетом направления ветров, выбор под застройку промышленного предприятия ровного воз­вышенного места, хорошо продуваемого ветрами и т.д.

Загрязнение гидросферы

Загрязнение вод — привнесение или возникновение в них новых (обычно не характерных для них) вредных хи­мических, физических, биологических агентов. Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запа­хов, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных эле­ментов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

Загрязнение вод может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным). Естественное загрязнение вод вызвано природными процессами. Например, загрязне­ние вод в результате извержения вулканов, водной и вет­ровой эрозии, абразии (разрушения) берегов, засоление пресных вод солеными и т.д. Антропогенное загрязнение связано с поступлением загрязняющих веществ в гидро­сферу в результате деятельности человека.

Наиболее распространено химическое и биологическое загрязнения, в меньшей степени радиоактивное, механи­ческое и тепловое.

Химическое загрязнение — загрязнение вод неоргани­ческими и органическими веществами. Из органических загрязнителей наиболее распространены нефть и нефтепро­дукты, СПАВ, фенолы, пестициды и др., из неорганичес­ких — кислоты, щелочи, тяжелые металлы (ртуть, сви­нец, кадмий, мышьяк и др.).

Биологическое загрязнение — загрязнение вод патоген­ными микроорганизмами бактериями, вирусами, простей­шими, грибами, мелкими водорослями и др.

Радиоактивное загрязнение — загрязнение вод радио­нуклидами. Оно опасно даже при очень малых концентра­циях радиоактивных веществ, особенно «долгоживущих» и подвижных в воде радиоактивных элементов (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радионуклиды попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании радиоактивных отходов, захоронении их на дне и др., в подземные воды — в результате просачивания вглубь земли вместе с атмос­ферными водами или в результате взаимодействия подзем­ных вод с радиоактивными горными породами.

Механическое загрязнение — загрязнение вод механи­ческими примесями — твердыми частицами (песок, ил, шлам и др.). Свойственно в основном поверхностным водам. При этом наиболее значительно ухудшаются органолептичес-кие показатели воды.

Тепловое загрязнение — это повышение температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми повер­хностными или технологическими водами (тепловых и атом­ных электростанций). При повышении температуры проис­ходит изменение газового и химического состава вод, что ведет к размножению анаэробных бактерий и выделению ядовитых газов — сероводорода, метана.