7.1. Последствия загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферы усиливается с каждым днем. В Европе, США, Канаде в атмосферу выбрасывается 100 млн. т в год только соединений серы. В атмосферу Земли ежегодно поступает более 200 млн. т диоксида углерода, более 150 млн. т диоксида серы, более 50 млн. т углеводородов, более 50 млн. т оксидов азота, около 225 тыс. т мышьяка (мировое производство – 40 тыс. т), 150 тыс. т кобальта (мировое производство – 100 тыс. т), 100 тыс. т бериллия (мировое производство – 300. т), 200 тыс. урана (мировое производство – 30 тыс. т), а также большое количество ртути, свинца, кадмия и других металлов.

В табл. 7.1 представлены суммарные выбросы в атмосферу, обуславливающие уровень загрязнения городов Иркутской области.

Максимальное количество специфических загрязняющих веществ выбрасывают предприятиями химии, нефтехимии, цветной металлургии, целлюлозно-бумажной и микробиологической промышленности.

Таблица 7.1

Динамика суммарных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по основным городам Иркутской области, тыс. Т/год

Город\год	1996	1997	1998	1999	2000
Ангарск	228,5	184,6	176,8	171,2	146,5
Братск	109,4	104,3	107,6	101,9	137,0
Иркутск	83,6	104,7	82,5	76,8	74,2
Усолье-Сибирское	44,3	42,5	40,7	40,4	39,1
Шелехов	37,6	32,9	30,0	28,9	29,7
Зима + Саянск	28,8	32,9	28,6	28,2	28,7
Черемхово	18,2	15,0	13,0	12,0	12,6
В целом по области	795,2	715,0	654,3	632,4	633,3

Химические вещества, попадая в организм человека или животных из внешней среды, могут изменять ход нормальных нейрохимических процессов, влияя на качество вещества в каком-либо звене процесса или изменяя уровень его активности.

Наиболее часто загрязняющие вещества проникают в организм через органы дыхания. Суточный объем вдыхаемого воздуха для одного человека составляет 6-12 м³ (при тяжелой работе немного больше), 4-7 м³ этого воздуха достигает альвеол легких. При нормальном дыхании с каждым вдохом в организм поступает от 0,5 до 2 л воздуха. Вдыхаемый воздух через трахею и бронхи попадает в альвеолы легких, где происходит газообмен между кровью и лимфой. В зависимости от размеров и свойств загрязняющих веществ их поглощение происходит по-разному.

Грубые частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, и, если они не токсичны, могут вызвать заболевание, которое называется пылевой бронхит. Тонкие частицы пыли (0,5 – 5 мкм) достигают альвеол и могут привести к профессиональному заболеванию, которое носит общее название пневмокониоз.

В зависимости от вида вдыхаемой пыли возникают разновидности пневмокониоза: силикоз (вдыхание силикатной пыли), асбестоз (вдыхание асбестовой пыли), антракоз (вдыхание угольной пыли). Очень тонкая пыль (менее 0,5 мкм) в значительной степени удаляется из организма при выдохе.

Человек может жить без пищи, без воды 5 суток, без воздуха – только 5 минут. Поэтому все загрязнения, находящиеся в воздухе, поступают в организм. Газообразные загрязнения поглощаются оболочками рта и носа, частично бронхами. Малорастворимые в воде газы (оксиды углерода и азота) проникают в альвеолы.

Разрушительное воздействие промышленных загрязнений зависит от вида вещества. Хлор наносит урон органам зрения и дыхания. Фториды, попадая в организм человека, вымывают кальций из костей и снижают его содержание в крови. Гидросульфид поражает роговицу глаз и органы дыхания, вызывает головные боли. При высоких концентрациях возможен летальный исход. Дисульфид углерода является ядом нервного действия, что может вызвать психические расстройства. Диоксид серы поражает верхние дыхательные пути, оксид углерода связывает гемоглобин крови, отчего наступает кислородное голодание организма.

Наиболее опасны в малых концентрациях в атмосфере альдегиды и кетоны. Альдегиды оказывают раздражающее действие на органы зрения и обоняния, являются наркотиками. Нервную систему поражают фенольные соединения и органические сульфиды.

Обычно на организм действует не один токсикант, а целый комплекс, поэтому в регионах с высоким уровнем загрязнения отмечается повышенный уровень заболеваемости населения.

Так, например, в городах Иркутской области, где выбросы загрязнений в атмосферу максимальны (г. Ангарск, г. Братск) отмечается более высокий уровень смертности от новообразований, заболеваний верхних дыхательных путей.

Загрязнение атмосферы вредно сказывается на растениях. Газообмен и обмен веществ в организме человека и животных ориентирован на содержание кислорода в воздухе 21 %; растения потребляют из воздуха диоксид углерода, содержание которого 0,03%. Поэтому растения в большей степени подвергаются воздействию загрязнений. Вредные газы попадают в растения через устьица в листьях и разрушают их.

Наиболее вредны для растений сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота.

Сернистый газ уничтожает растительность, изменяет химические свойства почвы. В результате повреждений растений резко снижается урожайность сельскохозяйственных культур.

При содержании диоксида серы в количестве 1 г/м­³ воздуха происходит снижение урожайности на 14 %, а при 2 г/м³ – на 26 %. При выпадении кислотных дождей урожайность падает в 3 раза.

Наиболее серьезный вред с отдаленными последствиями для лесов приносят выбросы пылевых частиц, диоксида серы, соединений фтора. Пыль приводит к образованию слоев, сдерживающих процессы фотосинтеза. Особенно чувствительны к соединениям фтора ясень, ель, сосна, менее дуб, можжевельник.

Обычно в радиусе 1-3 км от источника выбросов продуктивность леса снижается на 30-50 %, вблизи источников выбросов деревья вообще не могут расти.

Разные растения обладают разной чувствительностью к загрязнениям. Например, наиболее чувствительными к фтору клевер и кукуруза, наименее – табак и капуста. Очень чувствительны к фтору фруктовые деревья.

Загрязнения атмосферы оказывают существенное воздействие на материалы, строения, оборудование, подвергая их коррозии.

Диоксид серы разрушает различные виды полимеров путем непосредственной реакции, замедляет твердение масляных красок, приводит к гидролитическому расщеплению полиамида, целлюлозы полиэфиров и др. полимерных материалов.

Под действием частиц сажи, оксидов азота и серы разрушаются здания, архитектурные памятники (статуя Свободы, Нью-Йорк, Собор в Кельне, статуя на площади Святого Марка, Венеция и др.).

Загрязнение атмосферы породило ряд глобальных экологических проблем: исчезновение лесов, проблему озона, кислотные осадки, проблемы климата.

Рассмотрим эти проблемы.

Исчезновение лесов. Значение лесов в жизни на Земле переоценить невозможно. Важнейшие функции лесов включают в себя: поглощение углекислого газа; защита почвы; выделение кислорода; очищение воздуха от загрязняющих веществ; регулирование водных стоков. Создание новых городов, водохранилищ, строительство дорог, аэродромов, промышленных предприятий и других объектов, связанных с использованием территорий, активное использование древесины в качестве топлива и сырья для многих производств, привели к массовой вырубке лесов. Выполнение лесами функций очистки среды связано с их повреждением и гибелью от загрязнений. Например, для Европы динамика площадей лесов, поражённых промышленными выбросами, иллюстрируется следующими данными: 18б0 г. – не более 1 тыс. га, 1956 г. – 150 тыс. га, к началу 90-х годов – около 50 млн. га. От знаменитых тропических лесов Африки сохранилось не более четверти от уровня на начало ХХ века. Практически уничтожены леса Европы и большинства российских центральных областей. Вырубаются и исчезают массивы сибирской тайги. Возникла угроза полного уничтожения лесов Бразилии, Мексики, Китая и других стран.

Таким образом, человек безумно уничтожает лес и получает вместо великолепных экосистем с огромным разнообразием растений и животных, вместо производителя кислорода и защитника среды примитивные болота, степи или пустыни.

Проблема озона. Одна из важнейших проблем современности. Озон образуется при распаде молекул кислорода под воздействием ультрафиолетового излучения и этот процесс нарушается присутствием загрязнителей. Сокращение озонового слоя чрезвычайно опасно для жизни на Земле. Это связано с тем, что резко увеличивается уровень ультрафиолетового излучения Солнца до пределов, которые не могут выдержать клетки живых организмов.

Причин такого явления несколько: уменьшение притока озона и различные природные явления (увеличение солнечной активности, извержение вулканов), которые не способствуют сохранению слоя; загрязнение атмосферы фреонами — хлорфторуглеводородами, применяемых в холодильных установках, аэрозолях, растворителях и пенообразователях (используются для пожаротушения), которые ускоряют разложение озона, сами же сохраняются в течение 50-200 лет. Большую опасность для озонового слоя создают полёты ракет и самолётов (высотные). Установлено, что один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона.

В последние годы наблюдается уменьшение содержания озона в верхних слоях атмосферы (в средних и высоких широтах северного полушария уменьшение составило до 3%). Пространство, в котором установлено снижение концентрации озона, называют «озоновой дырой». Потери озона в «дыре» достигают 20-40% от нормального уровня. Есть данные, что уменьшение концентрации озона на 1% ведёт к увеличению заболеваемости раком кожи на 5-7%.

Необходимо отметить следующее. По мнению многих учёных, опасность озоновой катастрофы значительно преувеличена, а роль фреонов, в частности, и деятельности человека вообще в уменьшении озонового слоя незначительна.

Существует мнение, что аналогичные явления имели место и ранее и обуславливались исключительно природными явлениями, в частности, циклами солнечной активности.

Одной из причин разрушения озонового слоя называется уничтожение лесов, как главных поставщиков кислорода в атмосферу. Высказывается мнение, что над Антарктидой существуют восходящие вихри, способствующие рассеиванию озона.

Озон в нижних слоях атмосферы выступает, как антитоксикант и бактериоцид. Он способен уничтожать запахи и разрушать некоторые канцерогены. При больших концентрациях действует, как яд. Согласно имеющихся сведений, концентрация озона в приземном слое с начала индустриальной эпохи возросла в 2 раза. Основная причина роста — фотохимические смоги.

Итак, проблема озона в атмосфере имеет два связанных с человеческой деятельностью фактора: разрушение озонового слоя в верхних слоях атмосферы; увеличение содержания озона в нижних слоях атмосферы (околоземное пространство).

Кислотные осадки. Такие осадки впервые зарегистрированы в 1908 г. в Англии. Кислотные осадки представляют собой дожди (туман, снег) с повышенной кислотностью. Количественной характеристикой кислотности является водородный показатель рН. Показатель рН определяет концентрацию ионов водорода в растворе и численно равен десятичному логарифму этой концентрации, выраженной в моль/дм³, т.е. рН= - lg Н⁺, при рН<7 — среда кислая.

Основная причина кислотных осадков — наличие в выбросах в атмосферу оксидов серы, азота, аммиака и летучих органических соединений. Кислые осадки типичны для Скандинавских стран, Англии, Бельгии, Германии, Канады и других стран, имеющих длительные периоды отрицательных температур. В России кислые осадки приходятся на Кольский полуостров, Норильск, Красноярск и другие регионы. Например, рН дождя в Красноярске находится в пределах 4,9-3,8.

Отрицательное влияние кислых осадков разнообразно. Повышенная кислотность среды отрицательно влияет на деятельность белков в организме, разрушает листву и хвою деревьев, при, попадании в корневую систему кислая вода вызывает болезни и гибель растений, в почве кислые осадки переводят тяжёлые металлы в растворимую форму. От кислотных осадков гибнут животные, рыбы и другие живые организмы. У человека могут возникать аллергические заболевания.

Итак, отрицательное влияние кислых осадков весьма разнообразно. Они действуют на человека, почву, водные экосистемы, растения, животных, строения, объекты, памятники архитектуры.

Проблемы климата. Климат – это характеристика определённого региона по параметрам режима погоды, включая сезонные и другие временные колебания температуры воздуха и количество осадков. Изменение климата, т.е. погодных условий происходит на планете Земля в значительных масштабах. Например, сейчас в Западной Сибири потеплело зимой, а лето более дождливое и облачное.

Причин изменения климата много. Главными из них являются гигантские водохранилища, выбросы огромного количества тепла в атмосферу и водоёмы, выбросы загрязняющих веществ (соединения углерода, фреона, метана и других веществ), изменяющих химический состав воздуха.

Очень опасным является парниковый эффект. Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры земного шара в результате изменения теплового баланса, обусловленное парниковыми газами. Парниковые газы – это газы, способные усиленно поглощать тепловое излучение Земли и тепло хозяйственной деятельности человека и тем самым разогревать нижнюю часть атмосферы.

К парниковым газам относят углекислый газ, водяные пары, метан, озон, различные оксиды и хлорфторуглероды и другие. Известно около 30 парниковых газов. Основным является двуокись углерода. По имеющимся данным, за счёт парниковых газов среднегодовая температура на Земле за последние сто лет повысилась на 0,3-0,6⁰ С,

Изменение климата уже привело к различного рода нежелательным последствиям, включая ухудшение состояния здоровья людей. Дальнейшее изменение климата в сторону потепления могут привести к таянию вечных снегов и льдов, к подъёму океана на 1,5 м. Прогнозируется, что дальнейшее потепление будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ускорением вымирания животных и растений, гибелью экосистем суши и водных объектов и нарушением циркуляции в атмосфере.

Необходимо отметить и следующее. Существуют факторы, действующие в направлении противоположном парниковому эффекту. Так, увеличивающаяся запылённость атмосферы, повышенная влажность и облачность препятствуют поступлению к земной поверхности тепловой составляющей солнечной радиации. Указанное приводит к выхолаживанию нижних слоёв атмосферы. «Ядерная зима» – это модель охлаждения планеты под влиянием резкого увеличения запылённости атмосферы.

Таким образом, возможное потепление климата – «парниковый эффект» – может привести к катастрофическим последствиям. Основным парниковым газом является двуокись углерода. Основным источником поступления в атмосферу углекислого газа является сжигание органического топлива. Крайне опасным считается выброс порядка 15-20 млрд. т/год.