А.С. Степановских
Экология. Учебник для вузов
М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с.
14. Антропогенные воздействия на атмосферный воздух
14.3. Физические и экологические последствия загрязнения атмосферы
Атмосфера
Земли постоянно циркулирует: поднимающийся вверх теплый воздух у экватора
замещается холодными воздушными потоками, движущимися от полюсов. Направление
ветра зависит от величины перемещающего воздушные массы градиента атмосферного
давления, а скорость ветра возрастает с увеличением перепада атмосферного
давления. Воздушные массы могут перемещаться потоками, параллельными
поверхности Земли, а также вертикальными струями, которые возникают под
действием тепловых градиентов. Турбулентное перемешивание приземного слоя
атмосферы может происходить при взаимодействии с поверхностью почвы или при
тепловом расслоении атмосферы. Механические и температурные перемещения наблюдаться
могут одновременно. На содержание вредных веществ в атмосфере оказывают влияние
их рассеивание турбулентными потоками, действие осадков или их оседание из-за
наличия гравитационных сил. Между атмосферным загрязнением и круговоротом
главных биогенных элементов отмечается четкая связь (рис. 14.4).
Рис. 14.4. Связь между атмосферным
загрязнением и круговоротом
главных биогенных
элементов (по Ф. Рамаду, 1981)
Здесь
четко прослеживается, что сжигание ископаемого топлива (уголь, нефть) играет
определяющую роль в загрязнении атмосферы. За счет газов антропогенного
происхождения образуются кислотные осадки и смог. Кислотные осадки — это серная
и азотная кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота,
и выпадающие на поверхность земли вместе с дождем, туманом, снегом или пылью
(рис. 14.5).
Попадая
в озера, кислотные осадки нередко вызывают гибель рыб или всего животного
населения. Они также могут вызывать повреждения листвы, а часто гибель
растений, ускорять коррозию металлов и разрушение здания. Кислотные дожди
большей частью наблюдаются в районах с развитой промышленностью. Хотя капельки
воды и быстро удаляются из атмосферы, они все же распространяются на сотни
километров от производящих выбросы теплостанций, промышленных предприятий и т.
д. Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов, имеется большая
группа, обладающая канцерогенной активностью.
Рис.
14.5. Кислотные осадки (по Б. Небелу, 1993)
Это
в первую очередь бенз(а)пирен и другие ароматические углеводороды, поступающие
от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта
(рис. 14.6).
Рис. 14.6. Схема загрязнения среды
канцерогенным углеводородом бенз(а)пиреном (по Н. Ф. Реймерсу, 1990):
1
—
промышленные предприятия; 2 — авиатранспорт; 3 — автомобильный и рельсовый
транспорт; 4 — отопление жилищ; 5 — ультрафиолетовое излучение; 6 — озон; 7 —
метаболизм у высших животных; 8 — разрушение растениями; 9 — разрушение
почвенными микроорганизмами
Исследования
канцерогенных веществ, содержащихся в воздушной среде, показывают, что
возникновение раковых болезней у людей происходит, в частности, от постоянного
суммирования небольших доз канцерогенов в течение длительного времени.
Неблагоприятное влияние на организм человека оказывают соединения свинца,
имеющиеся в выхлопных газах автотранспорта. Присутствие свинца в крови человека
возрастает с увеличением его содержания в воздухе, что приводит к снижению
активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом, к нарушению обменных
процессов.
В
атмосферном воздухе, в первую очередь промышленных центров и городов, в
результате сложных химических реакций смеси газов (главным образом окислов
азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей), протекающих
в нижних его слоях под действием солнечного света, образуются различные
вещества, ядовитый туман. Такой ядовитый туман получил название «смог». Его
возникновению способствуют определенные метеорологические условия: отсутствие
ветра и дождя, а также температурная инверсия. Смог крайне вреден для живых
организмов. Во время смога ухудшается самочувствие людей, резко увеличивается
число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.
Густой ядовитый туман, появляющийся в осенне-зимнее время, получил название смога
лондонского типа. Его главным компонентом является сернистый газ,
вызывающий катар верхних дыхательных путей, бронхит. Более опасный тип смога — фотохимический,
или лос-анджелеский, наблюдающийся в теплое время года, например в
Нью-Йорке, Бостоне, Детройте, Чикаго, Милане, Мадриде. Он возникает в воздухе,
загрязненном выбросами автотранспорта, под действием солнечной радиации и в
результате фотохимических реакций. Фотохимический смог вызывает раздражение
глаз, слизистых оболочек носа и горла, обострение легочных и различных
хронических заболеваний, приводит к болезни и гибели домашних животных,
растений. Он вызывает коррозию металлов, растрескивание красок, резиновых и
синтетических изделий, порчу одежды.
Одним
из вредных компонентов смога является и озон (Од). В крупных городах при
образовании смога его естественная концентрация (1×10-8)
повышается в 10 раз и более. Озон здесь начинает оказывать вредное воздействие
на легкие и слизистые оболочки человека и на растительность.
С
антропогенными изменениями атмосферы связано и разрушение озонового слоя,
который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно
быстро процесс разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где
появились так называемые озоновые дыры. В 1987 г. зарегистрирована
расширяющаяся год от года (темпы расширения — 4% в год) озоновая дыра над
Антарктикой (выходящая за контуры материка) и менее значительное аналогичное
образование в Арктике. Исследованиями в течение 1969—1986 гг. установлено, что
наибольшее уменьшение общего количества озона в зоне 53—64° с. ш. наблюдалось в
зимние месяцы (рис. 14.7).
Рис. 14.7. Уменьшение общего количества
озона в зимние месяцы
1969—1986 гг. (по А. Д.
Данилову, И. Л. Каролю, 1991)
Опасность
истощения озонового слоя заключается в том, что может снизиться поглощение
губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения. Ученые считают,
что основной причиной истощения озонового слоя (экрана) является применение
людьми хлорфторуглеродов (фреонов), которые широко используются в быту и
производстве в виде аэрозолей, дореагентов, пенообразователей, растворителей и
т. д. В 1990 г. мировое производство озоноразрушающих веществ составляло более
1300 тыс. т. Хлорфторуглероды (CFC13 и СР2С12), попадая
в атмосферу, разлагаются в стратосфере с выделением атомов хлора, которые
катализируют превращение озона в кислород. В нижних слоях атмосферы фреоны
могут сохраняться в течение десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу,
где в настоящее время их содержание ежегодно увеличивается на 5 %.
Предполагается, что одной из причин истощения озонового слоя может быть и
сведение лесов как продуцентов кислорода на Земле.
Быстрыми
темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти газы
обусловливают «парниковый эффект» (рис. 14.8).
Они
пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение,
испускаемое поверхностью Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере
углекислого газа выросла на 25%, а метана — на 100%. Это сопровождалось
глобальным повышением температуры. Так, за 80-е гг. средняя температура воздуха
в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5—0,6 С. На
Земле, по прогнозам, средняя температура к 2000 году повысится на 1,2°С, а в
ближайшие 50 лет — на 2—5°С по сравнению с доин-дустриальной эпохой.
Рис. 14.8. «Парниковый эффект» (по Е. А.
Криксунову и др., 1995):
1— нагревание земной поверхности; 2 —
отражение теплового излучения Земли
вследствие загрязнения атмосферы
Потепление
может привести к интенсивному таянию ледников и повышению на 0,5—1,5 м уровня
Мирового океана, при этом окажутся затопленными многие густонаселенные
прибрежные районы. Однако при общем увеличении количества осадков в центральных
районах материков климат может стать более засушливым. Например, в 80—90-х гг.
XX в. в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, которые
связывают с глобальным потеплением. Нужно учитывать и высокую опасность для
здоровья людей насыщения воздуха (особенно актуально для крупных, промышленных
городов) диоксидом углерода. При высоких концентрациях в атмосферном воздухе
СОд наступают отравления, первыми симптомами которых являются головные боли,
тошнота, чувство слабости. Некоторые люди, страдающие анемиями и
сердечно-сосудистыми заболеваниями, обладают повышенной чувствительностью к
воздействию СО2. Установлено, что загрязнение атмосферы оказывает
отрицательное воздействие на животных, сельскохозяйственные культуры. Эти
вопросы более подробно будут рассмотрены в дальнейшем.
В
конце XX в. огромную опасность представляет радиоактивное и химическое
загрязнение атмосферы, да и биосферы в целом в результате деятельности
человека. Все острее встает проблема складирования и хранения радиоактивных
отходов военной промышленности и атомных электростанций, хранения химического
оружия. С каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей
среды.
На
примере загрязнения атмосферы видно, что даже слабые воздействия человека могут
приводить к крупным неблагоприятным последствиям для природных систем. Нужно
учитывать и то, что загрязняющие вещества переносятся воздушными потоками на
большие расстояния, создавая тем самым опасность загрязнения территорий других
стран. Так, по оценкам международных организаций, в 90-х гг. XX в. на долю английских
выбросов приходилось 14% загрязненности окружающей среды в Швеции, 7% — в ФРГ,
7% — в Норвегии.
Выпадение
загрязняющих веществ на территории Российской Федерации за счет трансграничного
переноса из других стран (Украина, Беларусь, Польша, Великобритания, Румыния и
др.) в 1990 г. составили: соединений серы — 1355,0 ктS, соединений
окисленного азота — 596,0 ктN и соединений восстановленного азота—42,2 ктN.
Современное
промышленное производство загрязняет атмосферу не только газообразными и
твердыми примесями, но и тепловыми выбросами, электромагнитными полями,
ультрафиолетовыми, инфракрасными, световыми излучениями и другими физическими
факторами. Наиболее распространенным видом физического воздействия на атмосферу
в городах и крупных поселках является шум, возникающий при работе транспортных
средств, оборудования промышленных и бытовых предприятий, вентиляционных и
газотурбинных установок, реактивных самолетов при взлете и посадке. Как уже
было отмечено ранее, величину звуковых давлений измеряют и нормируют в
децибелах (дБ), рис. 14.9.
Рис.
14.9. Шкала интенсивности шума (в дБ)
Уровень
шума в 20—30 дБ практически безвреден для человека, является естественным
шумовым фоном. У людей же, живущих и работающих в неблагоприятных акустических
условиях (80 дБ и более), имеются признаки изменения функционального состояния
центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.
В
настоящее время уровень электромагнитных полей (ЭМП), созданных человеком и
«загрязняющих» атмосферу, в сотни раз превышают средний уровень естественных
диапазонов.
Электромагнитные
поля оказывают влияние на нервную и эндокринную системы, на репродуктивную
функцию, на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Наиболее высока
чувствительность организмов к многократным воздействиям электромагнитных полей.
|