2.3. Объекты загрязнения биосферы и глобальные экологические проблемы

Объектами загрязнения биосферы принято считать: атмосферный воз­дух; подземные и поверхностные воды; почву; растительный покров; живот­ный мир.

Это привело к следующим глобальным экологическим проблемам:

1. Следствие загрязнения атмосферы: смог в крупных городах, потепление климата; нарушение озонового слоя; выпадение кислот­ных дождей.

2. Экологические последствия загрязнения гидросферы представляют ог­ромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека. Они слагаются, прежде всего, из эвтрофикации пресноводных экосистем, истощении подземных и поверхностных вод и создании крупных водохранилищ.

3. В литосфере наиболее существенные экологические по­следствия наблюдаются при широкомасштабном освоении недр в процессе разведки и добычи полезных ископаемых.

2.4. Загрязнение атмосферы

В результате загрязнения окружающей среды возникают многие локальные и глобальные экологические проблемы, являющиеся характерной чертой современного экологического кризиса. Наиболее известные из них связаны с загрязнением атмосферного воздуха. Далее приводится информация о некоторых таких явлениях.

Загрязнение атмосферного воздуха - это любое изменение его состоя­ния и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье чело­века и животных, состояние растений и экосистем. Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) или антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение воздуха вызывается вулканической деятель­ностью, выветриванием горных пород, ветровой эрозией, дымом от лесных и степных пожаров.

Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняю­щих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение.

Различают местное, региональное и глобальное загрязнения атмосфе­ры. Примером местного загрязнения может служить район г. Красноярска, примыкающий к КРАЗу; регионального - плато Путорана в окрестностях г. Норильска; глобального - повышенное содержание СО₂ во всей современ­ной атмосфере земного шара.

Главные загрязнители (поллютанты) - диоксид серы (SО₂), оксиды уг­лерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98 % в общем объеме вредных веществ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере горо­дов и крупных поселков наблюдается еще около 70 наименований вредных веществ, среди которых чаще встречаются формальдегиды, фтористый водо­род, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако во многих городах концентрация главных загрязнителей - диоксида серы и окиси углерода – наиболее часто превышает допустимые уровни.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются тепловые и атомные электростанции, котельные установки, предприятия черной метал­лургии, химическое производство, выбросы автотранспорта, газо- и нефтепе­реработка, сжигание мусора.

Выделяют следующие основные виды загрязнения атмосферы: смог, кислотные осадки, накопление парниковых газов и нарушение озонового экрана.

2.4.1. Смог

Смог – (в широком смысле) любое видимое невооруженным глазом загрязнение воздуха.

Самым первым из официально зарегистрированных случаев загрязнения атмосферы, имевшим серьезные последствия, стал смог в г. Донора (США) в 1948. В течение 36 часов было зарегистрировано два десятка смертей, сотни жителей чувствовали себя очень плохо. Спустя четыре года в декабре 1952 еще более трагический случай произошел в Лондоне. Из-за загрязнений, скопившихся в воздухе, за пять дней погибли более 4000 человек. Хотя в последующие годы сильный смог в Лондоне и других городах наблюдался неоднократно, таких катастрофических последствий, к счастью, больше не было.

Условия формирования: пылегазовое загрязнение воздуха в сочетании с неблагоприятными погодными условиями (повышенная влажность воздуха, повышенная солнечная активность), вследствие чего имеет место синергический (взаимоусиливающий) эффект. Дополнительным условием усиления смога является штилевая погода и температурная инверсия. Последнее проявляется в перекрытии холодного воздуха над землей слоем вышерасположенного теплого воздуха. Происходит это, когда холодный воздух «подтекает» (вклинивается) под теплый. Вследствие этого восходящее движение воздуха блокируется и загрязняющие вещества не уносятся вверх, а накапливаются над Землей. Явление температурной инверсии могут усиливать рельефные особенности. Так окружающие загрязненный участок горы препятствуют горизонтальному оттоку загрязнителей.

Существует три разновидности смога:

• Влажный смог (лондонского типа) – сочетание газообразных загрязнителей (в основном SO₂), пылевых частиц и капель тумана. Концентрации оксидов серы, пыли и оксида углерода достигает опасных для человека уровней. Так, в 1952 г. в Лондоне более 4000 людей погибло от влажности смога.

• Ледяной смог (аляскинского типа) – сочетание пылегазового загрязнения и замерзших капель тумана.

• Фотохимический смог (лос-анжелесского типа) – вторичное загрязнение воздуха вследствие разложения и химического взаимодействия загрязняющих веществ, в первую очередь оксидов азота и летучих углеводородов, под действием солнечных лучей. Следствием вторичного загрязнения атмосферы при фотохимическом смоге является образование фотохимических окислителей (агрессивных и вредных соединений O₃ (озон), СО (угарный газ), пероксилцилнитраты (ПАН) и др. Только в Токио в 1970 г такой вид смога вызвал отравление 10 тыс. людей, а в 1971 – 28 тыс.

Условия образования фотохимического смога. Сжигание топлива в двигателе автомобиля происходит при высокой температуре, начинается взаимодействие между кислородом и азотом, входящими в состав атмосферного воздуха. Образующийся при диссоциации молекул кислорода атомарный кислород способен расщепить молекулу сравнительно инертного азота, инициируя цепную реакцию:

O₂ + квант света  O* + O* (радикалы кислорода)

O* + N₂  NO + N*

N* + O₂  NO + O*

В результате в выхлопных газах появляется монооксид азота, который, попав в атмосферу, окисляется кислородом воздуха, превращаясь в диоксид азота. Бурый диоксид азота фотохимически активен. Поглощая свет, он диссоциирует:

NO₂  NO + O*

Таким образом, в воздухе появляется реакционноспособный атом кислорода, который может вступать в реакции с образованием озона:

O* + O₂  O₃.

Присутствие озона – наиболее характерный признак фотохимического смога. Он не образуется при сгорании топлива, а является вторичным загрязнителем. Обладая сильнейшими окислительными свойствами, озон оказывает вредное действие на здоровье людей и разрушает многие материалы, в первую очередь, резину.

К отрицательным последствиям смога относится:

• ухудшение состояния людей (головные боли, удушье, тошнота, аллергические явления на коже, глазах, слизистых верхних дыхательных путей); может повышать смертность;

• смог приводит к усыханию растительности, потере урожаев сельскохозяйственных культур;

• вызывает преждевременный износ зданий, металлических сооружений, резиновых изделий и т.д. Например, лос-анджелесский смог больше повреждает резину, а лондонский – железо и бетон.

Сейчас экологические проблемы автотранспорта в крупных российских городах стали серьезной проблемой. Так, автомобильные выхлопы в Москве и Санкт-Петербурге исчисляются сотнями тысяч тонн в год. Автотранспорт уверенно вышел на первое место среди всех прочих источников загрязнения воздуха. Поэтому в Москве, Петербурге и других крупных городах смог становится частым гостем, особенно в безветренную погоду.

Для предотвращения смога необходимо:

• совершенствовать двигатели автомобилей;

• эффективно очищать выхлопные газы;

• количество монооксида углерода, образующегося в автомобильных двигателях, можно уменьшить, дожигая его до менее опасного диоксида углерода. Повышение доли воздуха в горючей смеси способствует уменьшению выброса не только СО, но и несгоревших углеводородов. Наиболее эффективными оказались каталитические преобразователи, в которых монооксид углерода и несгоревшие углеводороды окисляются до диоксида углерода и воды, а оксиды азота восстанавливаются до молекулярного азота. К сожалению, каталитические дожигатели нельзя использовать в случае заправки автомобиля этилированным бензином. Такой бензин содержит соединения свинца, необратимо отравляющие катализатор. Увы, в нашей стране этилированный бензин еще широко используется;

• чтобы уменьшить выбросы диоксида серы, из нефти предварительно удаляют соединения серы, а отходящие дымовые газы дополнительно очищают. Попадание соединений серы в атмосферу можно уменьшить и за счет сжигания твердого топлива в кипящем слое. Выбросы твердых частиц тепловыми электростанциями снижают, применяя электрофильтры или вакуумные воздушные фильтры.