Глобальное загрязнение окружающей природной среды. Влияние хозяйственной деятельности на атмосферу



страница1/8
Дата30.04.2016
Размер1.56 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8





Часть 3. Глобальное загрязнение окружающей природной среды.
3.1.Влияние хозяйственной деятельности на атмосферу.

Нашу планету омывает единый воздушный океан, который защи­щает и сохраняет жизнь на Земле. Державы мира могут делить сушу между собой, но находящаяся в веч­ном движении атмосфера всегда будет общим достоянием человече­ства. Как компонент природной сре­ды она взаимодействует с Космосом, Мировым океаном и природными водами суши, биотой. Состав атмо­сферы в значительной мере имеет биогенное происхождение.

Атмосфера является важнейшим условием появления и развития жизни на Земле. Ат­мосфера — окружающая Землю газовая среда. Ее масса — около 5,5×1015т, или менее одной миллионной всей массы Земли. Тол­щина нижнего слоя атмосферы (тропосферы), содержащего око­ло 80% ее массы, — от 8 км в полярных широтах до 18 км в экваториальном поясе. В стратосфере, расположенной на высоте до 55 км над поверхностью, находится до 20% массы атмосферы. Сухой воздух у поверхности Земли содержит по объему 73% азота и 21% кислорода, малые дозы аргона и углекислого газа.

Атмосфера задерживает свыше половины энергии солнечного излучения, достигающего наружной ее границы. Коротковолно­вое и гамма-излучение, которые могли бы быть губительными для жизни на Земле, целиком поглощаются атмосферой (точнее, находящейся в ее верхних слоях ионосферой, а также слоем озона) и до поверхности Земли не доходят. Атмосфера защищает поверх­ность Земли и от падения метеоритов. Между атмосферой и по­верхностью Земли происходит постоянный тепло-, влаго- и га­зообмен, изменяется атмосферное давление, совершается цирку­ляция воздуха, что имеет большое значение для погоды.

В связи с наличием в атмосфере водяного пара и углекислого газа она почти не пропускает теплового излучения, создавая так называемый "парниковый эффект". Увеличение содержания уг­лекислого газа в атмосфере в результате человеческой деятельности, процессов горения, в которых сжигается кислород и обра­зуются углекислый газ и другие газы, приводит к усилению "пар­никового эффекта", может вызвать повышение средней темпера­туры, угрожает таянием полярных льдов. На состав атмосферы отрицательно влияет выброс различных других вредных веществ — окислов серы, окислов азота, углеводородов, твердых частиц (пыли) и т.д. Движение реактивных самолетов разрушает тонкий слой озона, находящийся в верхних слоях тропосферы и нижних слоях стратосферы и служащий защитой от радиации.

В наибольшей степени загрязняет атмосферу транспорт, пре­имущественно автомобильный — основной источник углекислого газа, углеводородов и окислов азота. В целом на его долю прихо­дится более половины всех выбросов в атмосферу. Крупный источник загрязнения — электростанции, выбрасывающие окислы серы, окислы азота и пыли; далее — промышленность, выпускаю­щая углекислый газ, окислы серы, углеводороды и твердые части­цы. Прочие источники загрязняют атмосферу преимущественно углекислым газом, твердыми частицами. Загрязнение атмосферы продуктами производственной деятельности оказывает обратное разностороннее вредное влияние на производство и быт людей..

Атмосфера регулирует и такие важнейшие параметры в жизни всего живого, как темпера­тура, влажность, давление. Самой общей характеристикой состоя­ния атмосферы является климат. Формирование климата планеты определяется притоком солнечной энергии, особенностями строения подстилающей поверхности, интен­сивностью механизмов тепло-, влаго- и массообмена между различ­ными регионами Земли.

Влияние климата на здоровье человека, да и всех живых организ­мов, проявляется прежде всего в их тепловом состоянии, обусловленном теплообменом с окружающей средой. На процессы тер­морегуляции живых организмов существен­ное влияние оказывают темпера­тура и влажность воздуха, ветер. На­пример, внезапные изменения ветро­вого режима, атмосферного давления и температуры - рассматриваются как причины ухуд­шения состояния здоровья у большинства людей, т. н. метеозависимость.

Циклы кислорода, углерода, азо­та, воды обязательно проходят ат­мосферную стадию. Атмосфера — это гигантский резервуар, где раз­личные вещества накапливаются, а главное — благодаря такому ее свойству, как динамичность, распределяются с господствующи­ми ветрами по всему земному шару. Это позволяет обеспечить ин­тенсивность и скорость круговоро­та веществ в природе и поддержи­вать целостность природы Земли.

Для всего живого на Земле важ­ны основные физические и хими­ческие свойства атмосферы как час­ти природной среды. Давление атмо­сферы считается нормальным при величине у поверхности Земли 760,1 мм рт. ст. В пределах земного шара существуют постоянные облас­ти высокого и низкого давления, что обеспечивает динамику атмосферы и формирование системы господству­ющих ветров. Это обеспечивает вер­тикальное и горизонтальное переме­шивание воздуха, рассеивание и ас­симиляцию загрязняющих веществ. Когда загрязнители смешиваются с достаточно большими объемами воз­духа, их концентрация понижается вплоть до порогового уровня, ниже которого их отрицательное воздейст­вие не наблюдается.

Давление атмосферы мы не за­мечаем, хотя на каждого человека давит примерно около 12 т возду­ха. Для нас ощутимы лишь откло­нения давления при подъеме на высоту (понижение), при погруже­нии в воду (повышение). В абсо­лютном вакууме гибель живого наступает мгновенно. Однако ис­чезновение или резкое уменьшение атмосферного давления нашей пла­нете не угрожает.

Прозрачность атмосферы имеет очень важное средообразующее значение. Именно от нее зави­сит проницаемость атмосферы для солнечных излучений видимых час­тей спектра. Количество (интенсив­ность) солнечной энергии определя­ет интенсивность фотосинтеза — единственного природного процесса фиксации солнечной энергии на Зем­ле. Установлено влияние прозрач­ности на тепловой баланс Земли. Современные изменения прозрачнос­ти атмосферы в значительной мере определяются антропогенным вли­янием, что уже привело к возник­новению ряда проблем.

Весьма существенное значение имеет состоя­ние газового баланса в ат­мосфере. Атмосфера в пределах тропосферы (до высоты 15—16 км), где заключено более 90% всей ее массы, состоит по объему из азота (78,09%), кисло­рода (20,96%), аргона (0,93%), уг­лекислого газа (0,03%); она содер­жит также весьма малые доли инертных газов и озона.

Атмосферный азот является гигант­ским источником первичного «сы­рья» как для деятельности азотфиксирующих микроорганизмов и водо­рослей, так и для промышленности азотистых удобрений.

Без кислорода невозможно дыха­ние, а значит, энергетика многокле­точных животных. Вместе с тем кислород - это продукт жизнедея­тельности, выделяемый фотосинтезирующими организмами. Накопление в ходе эволюции атмосферы и био­сферы всего 1% кислорода создало условия для бурного развития совре­менных форм жизни. При этом обра­зовался озоновый экран - защита от космических лучей высоких энергий. Однако происходит катастрофичес­кое уменьшение кислорода в атмо­сфере. За последние 10 лет количест­во его уменьшилось на столько, на сколько уменьшилось за предыду­щие 10 тыс. лет. сокраще­ния.

К серьезным последствиям может привести резкое сокращение кислорода в атмосфе­ре Его потеря вызвала бы неизбеж­ную замену аэробных форм жизни анаэробными.

Углекислого газа (диоксида уг­лерода) в атмосфере значительно меньше, чем кислорода и азота. Однако именно его увеличение за счет антропогенной деятельности сегодня волнует человечество. По данным Национальной исследова­тельской лаборатории США в г. Боулдере, штат Колорадо, в на­стоящее время количество СО в ат­мосфере Земли увеличивается на 10% каждые 20 лет. Имеется мно­го прогностических моделей буду­щего количества CO2 в атмосфере. Выводы их различаются количест­венно, но факт роста CO2 в атмо­сфере в нынешнем столетии признается всеми. Эти изменения, касаю­щиеся ничтожной (по масштабам атмосферы) величины нетоксично­го газа, вызывают глобальную эко­логическую проблему, связанную с изменением климата Земли. Повышение доли углекислого газа всего на 0,1% вызывает затруднение дыха­ния у животных, сказывается на здоровье человека.

В слое атмосферы от поверхнос­ти Земли до 70 км присутствует озон (О3) — трехатомный кислород, возникающий в результате расщеп­ления молекул обычного кислоро­да и перераспределения его атомов. Название газу дал в 1840 г. швейцарский химик Шойбен. Пря­мой перевод с греческого означает «пахнущий». Озон называют атмо­сферным щитом всего живого, с ним связывают синеву неба и со­хранение благодатного тепла пла­неты. Однако ученые отмечают, что сам по себе озон, содержащийся в приземных слоях воздуха в высо­кой концентрации, например на предприятиях химической про­мышленности, при высоковольт­ных испытаниях, электросварке становится типичным промышлен­ным ядом. В этом вопросе уже существует общее мнение, что при концентрации в количестве 1—10 мг на 1 м3 озон действитель­но вызывает изменения в организ­ме. Изучение медико-биологичес­кого действия озона становится се­годня серьезной научной проб­лемой прежде всего потому, что расширяется его промышленное применение.

Рассматривая различные функ­ции атмосферы Земли, можно сделать однозначный вывод, что жизнь на Земле без этой воздуш­ной оболочки была бы невозмож­на. В то же время становится уже свершившимся фактом глобаль­ный процесс атмосферного загряз­нения. Целый ряд естественных процессов и явлений сопровожда­ется загрязнением — вулканизм, выветривание, отмирание расти­тельности и др. Однако антропогенное загрязнение атмосферы (табл.3.1.1.) преобладает над естест­венным, и это соотношение непре­рывно возрастает.

Таблица 3.1.1. Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу (т/год) (по данным ЮНЕСКО)



Вещество

Естественные поступления

Антропогенные выбросы




Оксид углерода (СО)



3,5 S 108




Диоксид серы (SO2)

1,4 S 108

1,45 S 108




Оксиды азота (NO)

1,4 S 109

(1,5-2,0) S 107




Аэрозоль (твердые вещества)

(7,7 - 22,0) S 1010

(9,6 - 26,0) S 101°




Фреоны, полихлорвиниловые вещества



2,0 S 106




Вещество

Естественные поступления

Антропогенные выбросы




Озон (О3)

2,0 S 109






Углеводороды

1,0 S 109

1,0 S 106




Свинец (РЬ)



2,0 S 105




Ртуть (Hg)



5,0 S 103



Изменения в атмосфере ученые связывают главным образом с из­менением концентрации второсте­пенных газов, таких, как диоксид углерода, оксиды азота, диоксиды серы, озон, фреоны и др. О глобаль­ных последствиях, связанных с этими газами, нам еще предстоит узнать.

Автотранспорт дает 37% всех загрязнений атмосферы, промыш­ленность — 32%, на прочие источ­ники приходится 31%.В США ежегодно выбрасываются в атмос­феру десятки миллионов тонн отходящих газов и пыли. Хотя за последние годы вы­пуск загрязнителей в атмосферу США стал снижаться в результа­те применения очистных установок, загрязнение воздуха остается очень большим. Несмотря на принимаемые меры, загрязнение воздуха в ряде городов часто превосходит уровень, вредный для здо­ровья. В Нью-Йорке без малого треть года люди дышат вредным для здоровья воздухом. Очень загрязненным продолжает оставаться воздух в Лос-Анджелесе.

В крупных городах и промышленных центрах других стран, особенно там, где циркуляция воздуха мала, последствия для лю­дей также неблагоприятны. Особенно тяжело сказывается на здо­ровье соединение дыма и тумана — смог. Смертность от рака лег­ких -выше у городских, чем у сельских, жителей. По расчетам аме­риканских экономистов, снижение загрязнения воздуха дает зна­чительную экономию в расходах населения на лечение.

Большой ущерб от загрязнения воздуха наносится зданиям и сооружениям вследствие коррозии, появления трещин, ослабле­ния материалов. По данным Агентства по охране окружающей среды, ущерб, нанесенный всем видам зданий и сооружений в 45 городах США к началу 90-х годов, составляет около 600 млн. долл. Под угрозой разрушения находятся исторические памятники Ита­лии, Греции, Египта.

Загрязнение воздуха наносит ущерб сельскому хозяйству. На­личие двуокиси углерода в атмосфере затрудняет развитие расте­ний. Фтористые соединения плохо влияют на фотосинтез. Умень­шаются количество и вес плодов. Ежегодные потери в сельском хозяйстве США от вредных веществ, попадающих в атмосферу, составляют многие миллионы долларов. Только в восточных шта­тах страны ежегодные убытки от потерь урожая в 90-х годах до­стигли 20 млн. долл.

К вредным газам, содержащим двуокись серы, окись углерода, окислы азота и попадающим в атмосферу с промышленных пред­приятий данной страны, прибавляются еше выбросы, переходя­щие из других стран через государственные границы. Вредные выбросы из труб промышленных предприятий северо-востока США отравляют атмосферу не только самих США, но и Канады. Газы из Японии достигают США. Из Англии сернистый ангидрид и другие загрязнители достигают Норвегии и Швеции, из Фран­ции попадают в ФРГ, а ФРГ "направляет" газы в Скандинавские страны. Все это наносит вред окружающей среде.

Атмосфера относится к тем природным богатствам, которые невоз­можно ограничить национальными или государственными граница­ми — воздушная масса постоянно движется и находится в пользовании всего человечества, поэтому загрязнение атмосферы одной страной не­редко причиняет вред другой. В деле использования атмосферы как общего для всей планеты ресурса сотрудничество стран необходимо.

Серьезной проблемой для многих городов и поселений разви­тых стран является наличие свалок, нередко ядовитых. В США в конце 80-х годов имелось 54 тыс. промышленных предприятий, в которых образовывалось 40—60 млн. т загрязнителей — остатков нефти, растворов кислот, грязи. Весьма опасны десятки тысяч тонн радиоактивных отходов атомных электростанций. Велики отбро­сы автозаправочных станций, химчисток, фотолабораторий и других "малых" загрязнителей. На каждого жителя в год приходится 500—1000 кг разного рода отбросов.

Некоторые отходы перерабатываются для повторного исполь­зования. Так, утилизируются отработанные смазочные масла. Часть их применяется в качестве топлива, а часть регенерируется. В США в начале 80-х годов рядом компаний регенерировалось около 20% потребляемых масел — более I млн. т (в Японии — 70%). К концу 80-х годов возросло использование масел в качестве топлива, и такая тенденция сохраняется и в 90-е годы практически во всех промышленно развитых странах мира.

Термин «кислотные дожди» появился во второй половине XIX в. Его ввел английский химик Р. Смит, опуб­ликовавший книгу «Воздух и дождь: начало химической климатологии».

В нашем столетии первыми об­ратили внимание на пагубное дей­ствие кислотных дождей жители Скандинавских стран; в реках и озе­рах изменился видовой состав рыб, гибли лосось и форель. Рыбаки за сезон не могли поймать ни одного хариуса там, где недавно он был в изобилии. Снег в горах стал серого цвета. Деревья раньше времени сбра­сывали листву. Те же симптомы вскоре появились в США, Канаде, Западной Европе. Все названные процессы происходили вдали от го­родов и промышленных центров. Понадобились годы исследований, чтобы понять сущность и причины этих явлений, осознать масштабы надвигающейся опасности, вырабо­тать пути борьбы с этой грозной гло­бальной проблемой.

Современная проблема, связан­ная с кислотными дождями, охва­тила множество стран, перешагну­ла через океаны, стала настоящим «бичом для всего человечества».

Впервые проблема кислотных дождей стала предметом междуна­родного обсуждения в 1975 г. на XVIII Генеральной ассамблее меж­дународного союза по теоретичес­кой и прикладной химии.

Природные и антропогенные источники, являются причиной кислот­ных дождей. Накопление в атмосфе­ре оксидов серы и азота ведет к образованию там серной и азотной кислот, их солей и выпадению кис­лотных дождей.

К природным источни­кам, способствующим возникнове­нию кислотных дождей, относят вулканическую деятельность, гро­зовые разряды и молнии, биогенные выделения. По оценкам уче­ных, во всем мире только в резуль­тате вулканической деятельности ежегодно выделяется 4—16 млн. т сернистых соединений.

Антропогенные источни­ки вносят основной «вклад» в за­грязнение атмосферы диоксидом серы и оксидами азота.

Таблица 3.1.2. Антропогенные выбросы диоксида серы и оксидов азота, в %



Источники

S02

NO2

ТЭС

55

37

Промышленность

44

13

Транспорт

1

50

Ежегодно в атмосферу поступа­ет значительное количество диокси­да серы, оксидов азота. Так, на каж­дого жителя СССР в конце 80-х— начале 90-х гг. приходилось 90— 100 кг диоксида углерода.

Сера содержится в таких полез­ных ископаемых, как уголь, нефть, железные и другие руды. Поэтому сернистый газ образуется при сжи­гании угля, нефти, добыче и пере­работке цветных металлов. Обра­зование серной кислоты можно вы­разить следующей формулой:

2SO2 + О2 -> 2SO2

SO3 + Н20 -> H2SO4

Оксиды азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха при высоких температу­рах, главным образом в двигате­лях внутреннего сгорания и ко­тельных установках. Антропоген­ные источники выделяют около 93% оксида азота, который в ре­зультате взаимодействия с водя­ными парами образует азотную кислоту:

2NO + 02 -> 2NO2

3NO2 + Н20 -> 2HNO3 + NO

Для определения кислотности растворов используют шкалу рН, в основе которой лежит концент­рация в растворах ионов водорода Амплитуда шкалы рН — от 0 до 14. Уксус имеет показатель рН=2,5; рН, равная 7, показыва­ет, что среда нейтральная (дистил­лированная вода), рН питьевой соды чуть больше 8.

Атмосферные осадки с показа­телем рН ниже 5,6 получили на­звание «кислотные дожди». По со­держанию кислоты современные дожди соответствуют сухому вину, а часто и столовому уксусу.

Эколого-экономические последствия вы­падения кислотных дождей достаточно значительны. Кис­лотные дожди наносят ущерб не только природе, но и зданиям и сооружениям.

Они наносят большой ущерб лесам планеты. В За­падной Европе количество постра­давших лесов достигло в последние годы 30%, а местами 50%. Толь­ко в Западной Германии более

1500 га вечнозеленых лесов Бава­рии погибло за последние пять лет главным образом из-за выпадения кислотных дождей. У нас в стране более 600 тыс.га лесных массивов, расположенных в зоне вредных выбросов промышленными пред­приятиями, находятся в состоянии полного или частичного высыха­ния. При воздействии кислотных дождей леса высыхают, развивается суховершинность. Кислота уве­личивает подвижность алюминия в почвах, который токсичен для мел­ких корней, и приводит к угнете­нию листвы и хвои. Эти симпто­мы часто сопровождаются вторич­ными поражениями от насекомых и болезней деревьев.

В своей эволюции водные ор­ганизмы приспособились к опре­деленному интервалу рН. Измене­ние рН ведет к существенной пере­стройке водных экосистем.

Только в Швеции в 4 тыс. озер не водится рыба, а в южной части Норвегии 80% озер либо вовсе мертвы, либо находятся в крити­ческом состоянии.

Поч­ва также страдает от кислотных осадков.

Под действием кислотных дож­дей медленно разрушаются истори­ческие памятники из мрамора и известняка, простоявшие многие века и даже тысячелетия, как, на­пример, Парфенон в Афинах. Та­кая же судьба грозит и Тадж-Махалу — шедевру индийской архи­тектуры периода Великих Моголов. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна «тают, как леденцы» В Европе имеется 100 тыс. ценней­ших витражей — памятников сре­дневекового готического искусства. В ближайшие 15—20 лет челове­чество их может потерять.

Безусловно, что действие кис­лотных дождей распространяется и на физическое здоровье насе­ления. Возникает дополнительное загрязнение питьевых вод, так как кислота вытесняет из пород различ­ные токсичные металлы — ртуть, свинец, кадмий.

Трансграничные перемещения атмосферных загрязнителей созда­ют условия для мировых эко­логических конфликтов. Ви­новниками загрязнителей атмосфе­ры над многими странами в Европе являются Англия и Германия. (Объясните, почему территории Норвегии, Швеции, Дании, Фин­ляндии загрязняются заводами Рура, Бирмингема, Люксембурга.)

По оценкам специалистов, лишь 10% загрязнителей, выпадающих из атмосферы на территорию Нор­вегии, имеют собственно норвежское происхождение. Остальные 90% переносятся из других стран. В Швеции 70% атмосферных за­грязнений переносятся из-за рубе­жа. Вместе с тем подсчитано, что из Англии «экспортируется» око­ло 1 млн. т оксида серы. Североев­ропейские страны неоднократно обращались в международные ор­ганизации по поводу этого факта. Правительство Швеции обвинило Англию в ведении настоящей «эко­логической войны» против своих соседей.

Аналогичная ситуация сложи­лась и в Северной Америке. Глав­ными загрязнителями воздушного бассейна, а через него и ландшаф­та на этом континенте являются США. Трансграничные перемеще­ния дымовых облаков на террито­рию Канады и последующие кис­лотные дожди — предмет бесконеч­ных споров между США и Канадой. Переговоры по поводу кислотных дождей ведутся между обеими стра­нами на самом высоком уровне.

Решение этой важной проблемы требует следу­ющих мер:

резкого снижения выбросов ок­сидов серы и азота, в первую оче­редь сернистого газа, так как имен­но серная кислота и ее соли на 70— 80% обусловливают кислотность дождей;

внедрения новых технологий, связанных: а) с экономией топли­ва (объем загрязнений уменьша­ется пропорционально экономии энергии); б) с извлечением и уда­лением серы из топлива; в) с улав­ливанием окиси серы из дымовых труб (известно более 200 таких технологий; чаще всего применя­ется промывка газов с добавлени­ем извести, при этом достигается очистка от серы на 90—95%); г) с уменьшением выбросов азота (на ТЭС для этого применяется, на­пример, строго контролируемая система подачи воздуха в зону го­рения топлива, при этом выбросы оксидов азота уменьшаются на 40—60%);

Решение проблемы требует международного сотрудничест­ва, поскольку проблема кислотных дождей глобальна. К основным международным соглашениям по данной проблеме можно отнести «Конвенцию о трансграничном за­грязнении», которая вступила в силу в 1983 г и «Протокол о 30-про­центном снижении выбросов оки­слов серы на территории 20 госу­дарств Европы и Канады» (1985, Хельсинки).



  1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал