Загрязнение атмосферы
и поглощать и отражать
солнечную радиацию, озоновому слою, в котором задерживается основная часть
коротковолнового излучения Солнца, благоприятному температурному режиму и
присутствию водяного пара атмосферу можно назвать одним из главных
источников жизни на Земле.
В современном газовом составе атмосферы, который отличается большим
постоянством, содержится по объему (%): азота – 78,08, кислорода – 20,9,
аргона – 0,93, углекислого газа – 0,031 и небольшое количество инертных
газов. Наиболее важная переменная составляющая атмосферы – водяной пар.
Пространственно-временная изменчивость его концентрации, а также
непостоянство радиационного и светового режимов предопределяют резко
дифференцированные условия функционирования природных экосистем. Несмотря
на то, что климатические контрасты в различных районах Земли сглаживаются
благодаря циркуляции атмосферы и морским течениям, эта дифференциация
весьма заметна.
Атмосфера по сравнению с литосферой и гидросферой характеризуется
наибольшим содержанием свободного кислорода, потребляемого живыми
организмами и способствующего переработке продуктов распада органической
материи, осуществляющегося в условиях достаточно высокой среднегодовой
температуры воздуха (13,6 С0) у поверхности Земли.
Исходя из термической структуры и циркуляции атмосферы ее принято
разделять на сферические слои, именуемые тропосферой, стратосферой,
мезосферой и термосферой, верхние границы которых называются паузами.
Средняя температура в тропосфере убывает по мере удаления от поверхности
Земли к ее верхней границе (на расстоянии 10 – 16 км).
Термическая структура тропосферы обусловлена нагреванием земной
поверхности солнечной радиацией с последующим переносом тепла вверх путем
турбулентного перемешивания и конвекции. Господствующие в тропосфере
процессы (испарение водяного пара и его конденсация) приводят к образованию
облаков и осадков, поскольку в тропосфере содержится преобладающая часть
водяного пара атмосферы. Выше тропосферы в диапазоне высот от 10 – 16 км
примерно до 50 км располагается стратосфера. В отличие от тропосферы, в
которой важную роль играет турбулентный обмен, стратосфера весьма
устойчива, содержит мало влаги, и в ней отсутствуют погодные явления в
обычном смысле слова, а единственным видом облачности являются серебристые
облака.
Из всех газов, содержащихся в атмосфере, наибольшее значение для
деятельности живых организмов имеют кислород, углекислый газ, озон и
водяной пар. Кислород используется в процессах дыхания, окисления
органического вещества либо неорганических элементов. Углекислый газ
расходуется в ходе фотосинтеза автотрофными растениями и выделяется при
разложении органического детрита.
Если содержание азота, кислорода и аргона в тропосфере весьма
постоянно, то распределение озона и водяного пара меняется в зависимости от
времени года, географической широты и других факторов. Нестабильность
атмосферы как природной системы объясняется колебаниями температуры,
давления, плотности, имеющими место в тропосфере, а также гравитационным
воздействием Луны и Солнца, вызывающим атмосферные приливы в стратосфере.
Выше стратосферы располагаются мезосфера, в которой температура убывает с
высотой, и термосфера, где наблюдается обратное явление.
В настоящее время к естественным факторам изменчивости атмосферы
добавился антропогенный фактор, связанный с прогрессирующим ее
загрязнением.
Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при
поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения.
Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним
относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и
находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии.
К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид
углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие,
способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид
азота, галогенуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон. Объем выбросов
загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории
России составляет около 22 – 25 млн. т. в год. Объем этих выбросов за
последние 10 лет ежегодно сокращается на 300 – 600 тыс. т. Сокращение
выбросов обусловлено главным образом повсеместным спадом промышленного
производства, особенно в добывающих и ресурсоперерабатывающих отраслях.
Позитивную роль в этих условиях сыграла относительная стабильность добычи и
использования газа – экологически чистого топлива.
Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха свидетельствуют о
снижении средних концентраций взвешенных веществ, растворимых сульфатов,
аммиака, бенз(а)пирена, сажи, сероводорода, формальдегида, вследствие спада
производства и закрытия предприятий. При этом возросли средние концентрации
диоксида азота, оксида углерода, сероуглерода, фенола, фторида водорода,
что связано с неритмичностью работы предприятий. Отмечен также рост
концентраций оксида углерода, диоксида азота и формальдегида на
автомагистралях крупных городов и прилегающих к ним территориях.
Так, по данным наблюдений, за ряд лет в 254 городах России уровень
загрязнения воздуха изменялся незначительно.
Среднегодовые концентрации взвешенных веществ (пыли), диоксида азота,
фенола и фторида водорода достигали одного ПДК, сероуглерода превышали 2
ПДК, формальдегида – 3 ПДК, бенз(а)пирена – 1 ПДК и стандарт Всемирной
организации здравоохранения – в 2,6 раза. Все загрязнители среды имеют
конкретные источники выбросов. Большинство из них под воздействием
природных факторов с течением времени, нейтрализуется или разрушается. В
качестве примера на рис. 3.5 приведена схема загрязнения среды
канцерогенным углеводородом (бенз(а)пиреном) и ее самоочищения.
Ежегодно при анализе информации о загрязнении атмосферного воздуха в
приоритетный список городов вносятся города с наибольшим уровнем
загрязнения атмосферы. Например, при составлении такого списка за 1995 г. в
связи с суровой зимой возросли концентрации бенз(а)пирена, вызванные
выбросами от котельных и печного отопления. По сравнению с предыдущим годом
отмечен рост средних концентраций бенз(а)пирена на 22%.
За счет загрязнения атмосферного воздуха этим веществом приоритетный
список расширился, в него были включены 45 городов (в 1994 г. список
содержал 38 городов). В Ангарске, Каменске-Уральском, Норильске, Омске,
Ставрополе, Усолье-Сибирском уровень загрязнения воздуха продолжал расти.
Для загрязнений воздуха в городах, вошедших в список, характерны
высокие концентрации специфических загрязняющих веществ. Почти в каждом
городе наибольший вклад в загрязнение воздуха определяется концентрациями
бенз(а)пирена, формальдегида, метилмеркаптана, сероуглерода, бензола и
других веществ.
Основной вклад в высокий уровень загрязнения воздуха вносят
предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии,
стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в
некоторых городах и котельные. Из года в год возрастает загрязнение
атмосферного воздуха веществами, характерными для автомобильного
транспорта.
Основной причиной высокого загрязнения воздуха являются выбросы
специфических веществ. Для принятия эффективных мер по улучшению качества
атмосферного воздуха и выбросов промышленных предприятий и автотранспорта в
городах, в первую очередь, бенз(а)пирена, формальдегида, аммиака,
сероуглерода и других загрязняющих веществ, определяющих высокое
загрязнение воздуха в городах и промышленных центрах, особое внимание
следует уделять городам, которые впервые внесены в список городов с
максимальными разовыми концентрациями загрязняющих веществ, превышающими 10
ПДК, и с наибольшим уровнем загрязнения воздуха.
Одним из основных загрязнителей атмосферы по массе является
углекислый газ СО2. Вместе с кислородом он является биогеном атмосферы,
который в основном контролируется биотой. В ХХ веке наблюдается рост
концентрации углекислого газа в атмосфере, доля которого с начала века
увеличилась почти на 25%, а за последние 40 лет – на 13%.
.Кроме того, около 2% общей массы выбросов в атмосферу составили
вредные вещества с высокой токсичностью (сероуглерод, фтористые соединения,
бенз(а)пирен, сероводород и др.). Особенно велики промышленные выбросы от
стационарных источников – предприятий черной и цветной металлургии в
городах. Например, выбросы диоксида серы (млн. т./год): в Норильске – 2,4,
Мончегорске – 0,2, Никеле – 0,19, Орске – 0,17; выбросы оксида углерода
(млн. т/год): в Новокузнецке – 0,44, Магнитогорске – 0,43, Липецке – 0,41,
Череповце – 0,4, Нижнем Тагиле – 0,3 и т.д.
Из естественных и антропогенных источников в атмосферу ежегодно
поступают сотни миллионов тонн аэрозолей. К естественным источникам относят
пыльные бури, вулканические извержения и лесные пожары. Газообразные
выбросы (например, SO2) приводят к образованию в атмосфере аэрозолей.
Несмотря на то, что время пребывания в тропосфере аэрозолей исчисляется
несколькими сутками, они могут вызвать снижение средней температуры воздуха
у земной по
| |  скачать работу |
Загрязнение атмосферы |
