5. Защита компонентов биосферы

5.1. Защита атмосферы от материальных загрязнений

5.1.1. Экологическая характеристика атмосферы. Газообраз­ная оболочка Земли - важнейший компонент всех экосистем, функционирующих на суше. Ее специфические особенности определяют морфологию и физиологию живых существ, организацию образуемых ими популяций и сообществ, особенности и интенсивность обмена веществ и энергии. Она является мощным резервным фондом в кру­говороте азота и избирательным фильтром для энергии солнечного излучения. Из-за высокого содержания в атмосферном воздухе (примерно 21%) он yжe не является экологическим лимитирующим фактором. У растений и животных появились органы, обеспечивающие его непосредственное усвоение из атмосферы в процессе ды­хания. На больших высотах низкое парциальное давление ста­новится препятствием для нормальной жизнедеятельности челове­ка, растений и животных (см. рис. 2.1).

Участки суши и биогеоценозы резко различаются по средним значениям, суточным и сезонным колебаниям интенсивности падаю­щего на поверхность планеты солнечного излучения, температуры влажности воздуха, что определяет неизмеримо большее разнообразие форм живых организмов на суше сравнительно с аналогич­ными показателями для океана. У животных и растений выработаны сложные приспособительные реакции (периодичность жизненных циклов, механизмы терморегуляции, различные типы фотосинтеза на экваторе и в умеренном поясе и т.д.). Жизнь в воздушной среде и необходимость активного поиска пищи привели к сильному развитию образований, поддерживающих тело в условиях незначи­тельной плотности среды (опорные ткани растений и скелет жи­вотных), к различным формам движений животных (в том числе я непосредственно в воздушной среде) и способам распространения семян у растений. Одно из существенных особенностей экосистем воздушно-наземной среды заключается в резком преобладании био­массы растений сравнительно с биомассой микроорганизмов и жи­вотных (соответственно 99,2% и 0,8%). В океане же эти соотно­шения составляют 6,3 и 93,7%.

5.1.2. Характеристика и источники загрязнения атмосферы.

Атмосфера состоит из окиси газов и имеет общую массу т или примерно одну миллионную массы Земли. Около 50% ее массы сосредоточена в приземном слое до высоты 5,5 км и 99%. - в слое до 40 км. Этот слой постоянен по составу и изменяется незначи­тельно. По объему он состоит из постоянных ( - 78,01%; -20,95%: аргон - 0,93%; - 0,032 и инертные газы – 0,078 %) и переменных ( , , СО, , водяной пар и др.) газов. Масса в атмосфере примерно т., его поставляет растительность Земли до т. в год. При этом т продуцируют леса. В верхнем слое атмосферы (в стратосфере) молекулы под дейс­твием солнечной радиации расщепляется на атомы, образуя . Его содержание в атмосфере составляет % (по массе), а общее количество достигает т. Он сосредотачивается высоте 20...45 км в виде слоя толщиной 2...4 мм (максимум у полисов). Озоновый слой интенсивно поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, защищая органическую природу от их смертоносного действия. Он задерживает около 20 % инфракрасных (тепло­вых) излучений Земли. Увеличение или уменьшение содержания в атмосфере служит предвестником циклонов и антициклонов, по­теплении или похолодании, изменений ветра, а также влияет организм человека, особенно его кожу.

Переменные газы (см. выше) создают загрязнения в атмосфе­ре и поступают в нее от естественных и искусственных источни­ков загрязнения атмосферы (ИЗА). К первым относят ИЗА природ­ного происхождения (извержения вулканов, пылевые бури, лесные пожары и т.п.), а ко вторым - ИЗА антропогенного происхождения, т.е. вызванные деятельностью человека. По массе антропогенные загрязнения сопоставимы с природными, а по их превзошли. Кроме того, углеводороды , обладают способностью на­капливаться, что создает условия для повышения их содержания в атмосфере до опасных величин. Ниже рассматриваются в основном антропогенные загрязнения, представлявшие серьезную опасность материального загрязнения атмосферы.

Антропогенные выбросы в атмосферу мира ежегодно составля­ет порядка 20 млрд.т, в том числе - 18,3 млрд.т, твердых частиц - 1 млрд.т, СО - 304 млн.т, - 100 млн.т, - 88 млн.т и - 53 млн.т. При этом промышленность с теплоэнерге­тикой поставляет 40...50%, транспорт - 40...50, сельское хо­зяйство - 5...6 и коммунальный сектор - 7...8% суммарных выб­росов. Главными источниками этих загрязнений являются промыш­ленность и транспорт. В итоге примерный относительный состав 3В в атмосфере промышленных городов следующий: СО - 45%, -18, - 15, пыль - 12 и - 10%.

Как известно, в атмосфере Земли происходит самоочищение от материальных загрязнений за счет их конденсации, растворе­ния, окисления, разложения и т.п., но это самоочищение не беспредельно. В определенных зонах Земли антропогенные источ­ники, непрерывно и интенсивно выделяющие газовые и/или пылевые 3В, создают как глобальные, так и региональные и локальные загрязнения ОПС. Так интенсивные и непрерывно возрастающие загрязнения атмосферы и хлорфторуглеродами (фреонами или хладонами) в мире способствуют постепенному потеплению климата в биосфере и истощению озонового слоя нашей планета (см. выше раздел 3). Региональные и локальные загрязнения атмосферы распределяются так: 86% над промышленными районами, 12,9%. над городами, 1% над сельской местности и 0,1% над океанами. Аэро­зольное загрязнение увеличивает плотность атмосферы и способс­твует развитию облачного покрова Земли, что снижает прямую солнечную радиацию. Оседание пыли на горные вечные снега и ледники увеличивает их таяние.

Локальные загрязнения (как аэрозольные, так и газовые) в период температурных инверсий (см. подраздел 5.1.6) вызывают смоги двух видов. Первый или Лондонский смог возникает из-за загрязненности воздуха копотью или дымом, содержащим SO; (в РФ часто наблюдается в Нижнем Тагиле. Кемерове и др.), а второй или Лос-Анжелессний смог - при загрязнении воздуха выхлопными газани автотранспорта (часто наблюдается в южных городах с ин­тенсивным движением автомобилей). Лондонский смог (смесь дыма

и тумана) в 1952 г. за 4 дня погубил более 4 тыс. чел. Его главным токсическим компонентой стал содержанием 5...10 мг/м и более; новых вредных веществ в нем не образуется. Лос-Анджелесский смог или фотохимический смог возникает при бо­лее низких концентрациях загрязнителей и низкой влажности воз­духа; образует новые вещества (фотооксиданты, озон и др.), значительно превосходящие исходные по своей токсичности, и желто-зеленую или голубоватую дымку летом и ранней осенью. Он вызывает у людей раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, губит листву на деревьях, а также усиливает кор­розии металлов, приводит к растрескиванию резины и т.д.

В России за период с 1991 по 1995 годы в атмосферном воз­духе городов и промцентров среднегодовые и средние из макси­мальных концентраций 3В (взвешенные вещества, и др. су­щественно уменьшились, что обусловлено значительным спадом производства, а концентрации СО и возросли в связи с ростом парка автомобилей. В 1995 г. среднегодовые концентрации в воздухе выше ПДК имели место в 204 (в 1994 г. - 208) городах с населением около 63 млн.чел. (42% населения РФ). При этом слу­чаи превышения максимальных концентраций 5ПДК отмечены в 126 городах и 10ПДК в 80 городах, а превышение 10ПДК по трек и более 3В - в 12 городах. Приоритетный список городов РФ, где наблюдается наибольший уровень загрязнения атмосферного возду­ха, включает 45 городов (Архангельск. Братск, Екатеринбург, Москва, Норильск. Саратов и др.), из них в 23 городах (Братск, Уфа, Екатеринбург, Кемерово, Чита и др.) это наблюдается более 3 лет. Характерной особенностью загрязнений в этих городах яв­ляются высокие концентрации специфических 3В – бенз(а)пирена, формальдегида, сероводорода, бензола и др.

В 1995 г. произошло 34 аварии на химически опасных объек­тах, сопровождающиеся залповым выбросом СДЯВ; из них 50% на предприятиях Роскомхимнефтепрома, 35,3% - Минтопэнерго РФ и 14,7%. - других отраслей. Экстремально высокими уровнями заг­рязнения атмосферного воздуха они сопровождались в городах Курган, Волжский и Тамбов, а также на ст. Зуевка Горьковской железной дороги.

В 1995 г. выбросы 3В в атмосферу по РФ от стационарных ИЗА составили 21,3 млн.т (в 1994 г. - 31,8 млн.т), из них 85,3% приходится на промышленность. Наибольшее загрязнение ат­мосферы (по объему выбросов) происходит в результате деятель­ности предприятий энергетики (27,7% от общего выброса промышленностью РФ), цветной (20,4%) и черной (15,1%) металлургии, добычи (7.8%) и переработки (5,0%) нефти, машиностроения (4,0%), газовой промышленности (3.9%) и промстройматериалов (3,7%). На территории РФ выпало 4,3...4.б млн.т серы, 1,3...1,4 млн.т окисленного и 2,0...2,8 млн.т аммонийного азо­та. Плотность выпаданий окисленной среды в крупных индустри­альных регионах РФ (Северо-Западном, Центральном, Централь­но-Черноземном и Уральском) достигает 750 кг/км^2 в год, а нит­ратного и аммонийного азота 720 кг/км². В итоге кислотность осадков в этих регионах доходит до рН = 3,1.

Среднегодовая концентрация пыли в воздухе г. Тверь равна 0,7ПДК, 0,2ПДК, СО – 0,ЗПДК, - 0,25ПДК, а сероуглерода – 2,4ПДК (газета "TЖ" от 09.02.95 г.). Уровень такого загряз­нения определяется деятельностью предприятий энергетики (40%), химии (около 20%) и машиностроения (10%). Крупнейшими загряз­нителями атмосферы в Тверской области являются предприятия энергетики (51% областного выброса от стационарных ИЗА, в том числе от Конаковской ГРЭС - 32% и Тверских ТЭЦ - 9,5%), маши­ностроения, деревообрабатываищей и легкой промышленности (сум­марно до 20%), а также автотранспорт.

На суммарную заболеваемость населения РФ (30...40% по всем экологическим факторам) влияет загрязнение атмосферного воздуха. В частности, заболевает 37% детей и 10% взрослых; ими вызвано 41% заболеваний органов дыхания, 16% - эндокринной системы, 2,5% - онкологических заболеваний у лиц возраста 30-34 года и 11% у лиц 55-59 лет. При этом частота заболеваний раком у лиц старше 40 лет (группа риска) повышена на 12...20% при концентрации бенз(а)пирена 2-4ПДК по сравнении с городами, в которых концентрации бенз(а)пирена ниже 2ПДК; а при превышении 4ПДК - на 22...24%. Также установлено, что примышленная пыль, и способны вызывать онкологические заболевания, когда концентрации любого из них превышают ПДК более чем в 2 раза. Вклад широко распространенных 3В (пыль, СО, и ) в атмосферном воздухе в частоту обострении хронического бронхита превосходит вклад специфических 3В (органических соединений, металлов) в 1,6 раза, тогда как вклад последних в частоту эн­докринных заболеваний в 1,5 раза выше.

Экономический ущерб от загрязнений атмосферы может дости­гать значительных сумм. Так, в США он ежегодно составляет 16 млрд. долларов или 80 долларов на одного жителя. При этом из-за заболеваемости и смертности людей ущерб достигает 6 млрд. долларов, а из-за коррозии и разрушения металлов, гибели растений и снижения урожайности в сельском хозяйстве - 4,9 млрд. долларов в год. По РФ такой статистики пока нет.