Основные источники и загрязнители воздушного бассейна. Состояние атмосферного воздуха в крупных городах мира.

Важнейшей характеристикой воздушного бассейна является его качество, так как жизнедеятельность людей требует не просто воздуха, но воздуха определенной чистоты. От качества воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций зданий и сооружений. Под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе газов, веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияют на человека, животных, растения, климат, материалы, здания и сооружения.Особенно острой проблема загрязнения атмосферы стала во второй половине XX в., то есть в период научно-технической революции, выработкой и потреблением электроэнергии, выпуском и использованием в большом количестве транспортных средств. Загрязнение атмосферного воздуха может быть локальным, региональным и глобальным. Локальное загрязнение обусловлено одним или несколькими источниками выбросов. Под региональным загрязнением понимается загрязнение атмосферного воздуха на территории в сотни километров. Глобальное загрязнение, распространяется на тысячи километров от источника загрязнения и нередко смыкается в пределах всего земного шара.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются природные, производственные а также бытовые процессы. Естественное, или природное загрязнение происходит за счет естественных факторов: пылевых бурь, извержения вулканов, выдувания почв, различных продуктов растительного, животного или микробиологического происхождения, лесных пожаров.

Основные естественные и антропогенные загрязнители атмосферы.

К первым можно отнести - извержения вулканов, лесные и степные пожары, и, наконец, космическая пыль. Со всеми этими загрязнителями биосфера как саморегулирующаяся система благополучно справляется. Иногда, правда, катастрофические катаклизмы могут нарушать сложившийся в природе баланс. Так, вулкан Кракатау близ острова Ява при извержении в 1883 г. выбросил огромное количество пепла и пыли. Все это сказалось на локальном изменении интенсивности солнечной радиации у поверхности Земли и вызвало небольшое изменение теплового баланса планеты. Сходный эффект могут вызывать крупные лесные пожары и пылевые бури.

Однако гораздо более опасны искусственные загрязнители. Условно их можно разделить на несколько групп.

1. Механические загрязнители - различные выбросы промышленных предприятий (цементные заводы), дым от сгорания угля в котельных, сажа от сгорания нефти, истирающаяся резина автопокрышек и т.п.

2. Химические загрязнители - пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции (фотохимический смог).

3. Радиоактивные загрязнители - опасные выбросы радионуклидов в результате аварий на атомных электростанциях, атомных военных объектах, радиоактивное загрязнение от оружия массового поражения и от отходов ядерного производства.

Десять главных соединений-загрязнителей биосферы (по данным ЮНЕСКО)

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнении воздуха являются ТЭС, обогатительные фабрики, металлургические, цементные заводы.

Загрязнение атмосферы таит в себе и другую опасность - оно снижает количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. По данным Национального управления США по изучению атмосферы над территорией этой страны солнечная радиация уменьшается осенью на 8 %. В среднем с 1964 г. она упала на 1,3 %, что эквивалентно потере примерно 10 мин солнечного дня в сутки. Эта, казалось бы, мелочь может иметь серьезные климатологические последствия.

Основным источником загрязнения атмосферы является промышленность и прежде всего тепловые электростанции и топки промышленных предприятий. Дымовые трубы электростанции ежегодно выбрасывают в атмосферу Земли более 250 млн. т золы, до 60 млн. т сернистого газа. Угольная электростанция мощностью 700 МВт, работающая при полной или средней нагрузке и потребляющая в год около 1 млн т угля. с содержанием серы 1%, за час работы выбрасывает в воздух: 500 т диоксида углерода, 0,15 т оксида углерода, 7,0 т диоксида серы, 1,7 т оксидов азота, 0,05 т углеводородов и 0,7 т пыли. При сжигании одной тонны угля поглощается такое количество кислорода, сколько его необходимо для 3.5 тыс. человек. Так, в 1 т угольной золы в среднем содержится 200 г свинца, 400 г урана, по 500 г германия и мышьяка, 700 г никеля и т.д.

От сжигания всех видов топлива, в том числе и каменного угля, за последние полвека содержание диоксида углерода в атмосфере увеличилось почти на 288 млрд.т, а израсходовано более 300 млрд.т кислорода. Таким образом, с момента первых костров первобытного человека атмосфера потеряла около 0,02 % кислорода, а приобрела до 12 % углекислого газа. В настоящее время ежегодно человечество сжигает 7 млрд.т топлива, на что потребляется более 10 млрд.т кислорода, а прибавка диоксида углерода в атмосфере доходит до 14 млрд.т. В ближайшие же годы эти цифры будут расти, к 2020 г. в атмосфере исчезнет около 12 000 млрд.т кислорода (0,77 %). Таким образом, через 100 лет состав атмосферы существенно изменится и, надо полагать, в худшую сторону.

Значительную лепту в общий баланс механических загрязнителей вносят и цементные заводы. Цементная пыль способна превратить зеленый оазис в безжизненно-серый пустырь, кроме того, она значительно влияет на здоровье человека.

На загрязнении воздушного бассейна Земли сказывается и сельскохозяйственная деятельность человека. Вносимые в почвуагрохимикаты распространяются в окружающую среду за счет выветривания и с почвенной влагой. Особенно возрастает влияние животноводства в связи со строительством крупных животноводческих комплексов. В результате в атмосферу поступают и распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие газы.

Все более мощными загрязнителями воздушного бассейна выступают различные виды транспорта. Значительно загрязняет атмосферу автотранспорт, парк которого уже сейчас насчитывает более 500 млн. По подсчетам специалистов, машины „размножаются" в 7 раз быстрее людей. Загрязнение атмосферы различными вредными газами и твердыми частицами приводит к тому, что воздух крупных городов становится опасным для жизни людей. В некоторых городах США, Японии, Германии регулировщики уличного движения дышат кислородом из специальных баллонов. Пешеходам эта возможность предоставляется за дополнительную плату. В Токио и некоторых других городах Японии на улицах устанавливаются кислородные баллоны для детей, чтобы они по дороге в школу могли глотнуть свежего воздуха. Японские предприниматели открывают специальные бары, где люди поглощают не алкогольные напитки, а свежий воздух.

До недавнего времени наиболее опасными источниками загрязнения свинцом были двигатели автомобилей.Еще древние греки и римляне знали, что рабы, работающие на свинцовых рудниках, подвержены отравлению свинцовой пылью. Коварство отравления свинцом связано с тем, что при многолетнем поступлении в организм даже ничтожных количеств металла развивается тяжелое заболевание, поначалу никак себя не обнаруживающее. Даже если человек получает ежедневно всего миллиграмм свинца, у него через определенное время появляются боли в области сердца.

Интересно утверждение американского историка медицины Сибири Гилфиллана о том, что массовое отравление населения свинцом привело к крушению Римской империи. Такое утверждение может вызвать усмешку, однако не следует торопиться. Дело в том, что в империи было принято подслащать вино так называемой сапой - сильно уваренным в котлах виноградным соком. И с этой вот сапой представители высшего света древнеримского общества на своих пиршествах ежедневно получали намного более миллиграмма свинца в день. В дальнейшем привычка подслащать сапой вино перекочевала и в Германию. В итоге в конце XVII в. в стране разразились многочисленные эпидемии кишечных колик, которые были напрямую связаны со свинцовым отравлением. В Вюртемберге в 1696 г. был даже принят закон, по которому каждому, кто будет подслащать вино "свинцовым сиропом", грозит смертная казнь.

Переход на бессвинцовый бензин несколько улучшил ситуацию. Тем не менее свинец, содержащийся в выхлопных газах автомобилей, может повышать содержание свинца в почве близ оживленных автострад. Именно поэтому не рекомендуется собирать и использовать растения и их плоды вблизи автодорог.

Появляются различные проекты создания двигателей, работающих на других видах топлива. Электромобили уже не новость, во многих странах мира есть опытные образцы, но пока их широкое внедрение в жизнь сдерживается из-за малой мощности аккумуляторов. В последнее время появилась новая идея - автомобиль с инерционным двигателем. К сооружению его приступили американские компании. Он будет снабжен двумя тяжелыми маховиками, работающими в вакууме. Для их раскручивания перед выездом предусмотрен электромотор, питающийся от бытовой сети. Одной зарядки хватит на 80 км пробега со скоростью 96 км/ч. Максимальная скорость такого автомобиля достигает 160 км/ч. Автомобиль, которому не нужен ни бензин, ни другое горючее и который не производит выхлопных газов скоро будет внедрятся в жизнь.

В Бразилии по распоряжению президента парк официальных транспортных средств переводится на автомобили со спиртовыми двигателями. Государственный заказ на изготовление партии экологически чистых машин – по 24 тыс. в год – получил филиал итальянской компании «Фиат». Бразилия первой начала использовать технический спирт в качестве автомобильного топлива. Она же обладает лучшей в мире технологией производства этого продукта из сахарного тростника. В спирте отсутствует свинец, от него значительно меньше вредных выбросов в атмосферу. По примеру бразильцев в США нашли способ производства спирта из кукурузы, который пока слишком дорогой, но в будущем может стать рентабельным. В Италии спирт получают из сорго, в России – из древесных опилок.

До недавнего времени существует проблема загрязнения атмосферы резиновой пылью от истирающихся автопокрышек колес автомобилей. Несмотря на усовершенствование технологий производства автопокрышек эта проблема пока еще остается насущной. Достаточно сказать, что в год каждый автомобиль выделяет примерно 10 кг резиновой пыли. По сведениям американских специалистов над Вашингтоном помутнение атмосферы в результате запыленности может составлять от 60 %до 88 %. Над Тихим океаном прозрачность атмосферы снизилась на 30 % всего за десять лет - с 1957 г. по 1967 г.

Такой материал, как асбест, широко применяемый в технике, способен провоцировать заболевания легких. В последнее время благодаря разработке и внедрению эффективных фильтров для промышленных предприятий количество поступающих в атмосферу механических частиц снизилось. Первенство перешло к химическим загрязнителям.

Автомобиль также и один из источников шумового загрязнения города. В городах с интенсивным автомобильным движением уровень шума превышает 70 дБ (децибел).

Загрязнение воздушной среды железнодорожным транспортом происходит при использовании тепловозов, проведении погрузочно-разгрузочных работ. Серьезную опасность представляет авиация, так как работа реактивных двигателей связана с расходованием огромного количества кислорода. Чтобы пересечь Атлантический океан, современный реактивный лайнер поглощает 35 т кислорода и оставляет инверсионные следы, увеличивающие облачность. Запуск сверхмощных ракет нарушает целостность озонового слоя атмосферы.

Многие бытовые процессы также ведут к загрязнению воздушной среды, прежде всего — накопление, сжигание и переработкабытовых отходов. Каждый человек ежедневно выдыхает около 10 м³ воздуха, содержащего около 4 % углекислогогаза. Поэтому в городе с пятимиллионным населением люди ежесуточно выделяют в атмосферу около 2 млн. м³ углекислого газа, 600 м³водяного пара.

Радиоактивное загрязнение. Источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды явились, прежде всего, экспериментальные взрывы при испытаниях атомных и водородных бомб, различные производства, связанные с изготовлением ядерного оружия, а также ядерные реакторы и атомные электростанции, отходы атомных предприятий и установок. Крупнейшей катастрофой явился взрыв ядерного реактора на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Радиоактивное загрязнение воздушной среды такими летучимиэлементами, как цезий-137, стронций-90, плутоний распространилось по всей Европе. Самое большое пятно очень сильного загрязнения (более 40 Ки на 1 км²) находится в Беларуси — 2,6км², далее идут Украина — 0, 56 км - и Россия — 0,46 км², пятна были обнаружены в Финляндии, Австрии, Швеции и Франции. Подсчитано, что социально-экономический ущерб от аварии за 30 лет (1986—2015 гг.) составит 235 млрд. дол. США.

Воздушная среда является распространителем таких специфических "загрязнителей", как инфразвук, вибрации, электромагнитные поля и ионизирующие излучения.

В результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу земли поступают оксиды серы - SO₂ и азота - NO_x (N₂O, NO₂). Соединяясь с частицами воды, оксиды серы и азота образуют серную (H₂SO₄) и азотную (HNO₃) кислоты. Рассмотрим образования кислотных осадков, связанных с выбросами в атмосферу закиси азота – N₂O.