Последствия загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферы влияет на все природные компоненты, обусловливает изменение озонового слоя, парниковый эффект, образование кислотных дождей и смогов. Рассмотрим указанные последствия загрязнения в отдельности.

Парниковый эффект – это разогревание нижних слоев атмосферы благодаря парниковым газам. К парниковым газам относятся двуокись углерода (СО₂), метан (СН₄), окислы азота (N_хO), фреоны. Относительный вклад в парниковый эффект газов следующий: СО₂ – 60%, СН₄ – 15%, N₂О – 5%, О₃ – 8%, ХФУ – 12%. Антропогенные источники углекислого газа – сжигание топлива, цементное производство, вырубка лесов, изменение подстилающей поверхности. Антропогенные источники метана – скотоводство, рисосеяние, твердые отходы, угольные карьеры, газовые и нефтяные скважины, утечка из газопроводов – 300 – 10⁹ кг в год. Источники оксидов азота – сельское хозяйство, сжигание биомассы, промышленность, производящая азотсодержащие вещества.

Истощение озонового слоя. Содержание озона в атмосфере определяется естественными и антропогенными факторами. Около 85-90% общего количества озона находится в стратосфере, небольшая часть – в тропосфере. Если весь озон привести к нормальному атмосферному давлению (760 мм рт.ст.) и температуре 0^о C, то его толщина составит в среднем 3 мм. Количество озона изменяется при вулканических извержениях, изменении солнечной активности, температуры воздуха. В максимуме одиннадцатилетнего цикла солнечной активности содержание озона в высоких и средних широтах оказалось на несколько процентов выше, чем в минимуме. После крупных вулканических извержений содержание озона в стратосфере понижается. Связь общего содержания озона с температурой в тропосфере отрицательная, в стратосфере – положительная. При понижении температуры зимой до – 50^оС в районе Сибирского максимума общее содержание озона возрастало до 600.10 ^–3 см. В тропосфере плотность озона перед грозой и при грозе может возрастать в 10 раз.

Основным фактором, уменьшающим содержание озона в стратосфере, является антропогенная деятельность. К разрушению озонового слоя приводят фреоны (фтор– и хлорпроизводные метана, этана, циклобутана), бромсодержащие соединения, оксиды азота и др. Фреоны широко используются при производстве холодильников и кондиционеров, аэрозольных упаковок. Основными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) является США (30,85%), Япония (12,42%), Великобритания(8,62%), Россия (8%). Бромсодержащие соединения выбрасываются в атмосферу при сжигании биомассы, работе двигателей внутреннего сгорания, в результате хозяйственной деятельности и т.д. Хлор- и бромсодержащие соединения способны оставаться в атмосфере 50 – 150 лет. Источниками поступления оксидов азота являются атомные взрывы в атмосфере, полеты самолетов в стратосфере, использование минеральных удобрений и сжигание топлива.

Содержание озона в северном полушарии снижается севернее 40^ос.ш. на 5-20 %, над Антарктикой уменьшение количества озона превышает указанную величину на 30-40%. Образованию озоновых дыр над Антарктикой способствует режим общей циркуляции атмосферы. В зависимости от интенсивности антарктического вихря глубина озоновой дыры изменяется. При интенсивном полярном вихре происходит изоляция холодных воздушных масс над Антарктикой, температура в стратосфере минимальна (–80^оС), развиваются условия, способствующие разрушению озона. В северном полушарии частый обмен воздухом между полярными и умеренными широтами препятствует формированию мощного вихря. Поэтому температура стратосферы выше и разрушение озона существенно меньше.

Уменьшение содержания озона в атмосфере увеличивает интенсивность и дозы ультрафиолетового излучения. При уменьшении общего содержания озона на 10% интенсивность прямого солнечного излучения с длиной волны 0,292 мкм увеличивается в 6 раз, интенсивность излучения с длиной волны 0,287 мкм возрастает в 50 раз. Снижение количества озона на 1% увеличивает интенсивность эффективного излучения на 2%. Поглощение солнечного излучения озоном приводит к значительному нагреванию атмосферы на высотах от 30 до 75 км.

Увеличение количества ультрафиолетового излучения разрушает важнейшие биологические элементы – белки и нуклеиновые кислоты. У человека появляются ожоги на коже, при длительном действии этого излучения повышенной интенсивности развивается рак кожи.

Кислотные дожди. Кислотные дожди – дожди, подкисленные (рН ниже 5,6) из-за растворения в атмосферной влаге промышленных выбросов (SO₂, NO_х, НCl и др.). В Западной Европе максимальная зарегистрированная кислотность осадков рН=2,3. Двуокись серы поступает из теплоэлектростанций и других стационарных источников при сжигании ископаемого топлива (88%), при переработке сульфидных руд (5%), нефтепродуктов, производстве серной кислоты и др.(7%). Для оксидов азота среди стационарных источников топливно-энергетический комплекс дает 85% выбросов, производство цемента, извести, стекла, металлургические процессы и др.- 12%. Аммиак поступает от животноводческих комплексов и предприятий по производству удобрений. Основные источники летучих органических соединений – химические производства, нефтехранилища и т.д.

Первым экономически ощутимым следствием выпадения кислотных дождей была утрата рыбных ресурсов. Сотни озер Скандинавии и Британских островов стали безрыбными. Исследование донных отложений показало снижение рН на единицу в первой половине 19в. Среди факторов, воздействующих на популяции рыб в связи с подкислением, называют нехватку кальция, осаждение алюминия на жабрах и др.

Подкисление водоемов происходит также и за счет вымывания анионов серной и азотной кислот из почвы. Подкисление почвы приводит к изменению Al/Ca и Al/Mg, которые в Центральной Европе за 20 лет (1970-1990гг.) возросли почти в 2 раза. Кислотные дожди выщелачивают и уносят из почвы такие питательные вещества, как Са, Мg, К.

Подкисление почв – одна из основных причин усыхания лесов умеренной зоны северного полушария. Больше всего пострадали елово-пихтовые и дубовые леса. Эффекты подкисления можно подразделить на химические и биологические. Химические эффекты заключаются в изменении катионного обмена растений, в результате чего растения страдают от недостатка магния и избытка алюминия, в котором видят главную причину пожелтения хвои. Кислотные дожди снижают интенсивность фотосинтеза. Биологические эффекты многообразны. В частности, кислотная среда подавляет рост корней. Повышенное содержание азота и свободных нуклеиновых кислот стимулирует развитие лесных вредителей. Косвенные воздействия выражаются в пролонгации (продлении) летнего роста и повышенной чувствительности к первым заморозкам.

Смог. В результате антропогенной деятельности образуется смог. Смог – это сочетание пылевых частиц и капель тумана. Выделяют два типа смогов: лондонский и лос-анджелесский. Лондонский смог представляет собой сочетание газообразных загрязнителей (в основном сернистого ангидрида), пылевых частиц и капель тумана. Смог лос-анджелесский – это вторичное загрязнение воздуха, возникающее в результате разложения загрязняющих веществ солнечными лучами, особенно ультрафиолетовыми. Главный ядовитый компонент смога – озон. Под действием ультрафиолетового излучения NО₂ распадается на NО и О. О + О₂ = О₃.На образование и устойчивость этого типа смога влияют атмосферная инверсия, солнечное излучение и степень загрязнения воздуха выбросами транспорта и промышленности.

Химическое загрязнение атмосферы непосредственно влияет на состояние здоровья человека. Установлена четкая корреляционная связь между загрязнением атмосферы и заболеваниями органов дыхания: бронхитами, трахеитами, астмой, пневмониями, раком легких. Смертность от рака легких в последние 10 лет удвоилась. Наиболее чувствительны к воздействию загрязненного воздуха люди пожилого возраста, дети и люди, страдающие хроническими заболеваниями органов дыхания.

Под воздействием угарного газа, оксидов азота и серы повышается риск заболевания ОРЗ, появляются конъюктивиты и другие заболевания. Оксид углерода вызывает головокружение, тошноту, сонливость, потерю сознания, общую слабость. Оксид углерода способен прочно связываться с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин. Гемоглобин – это железосодержащий белок, выполняющий роль переносчика кислорода в крови. Способность СО связываться с гемоглобином крови человека в 216 раз выше, чем у О₂ . Человек, вдыхающий в течение несколько часов воздух, содержащий 0,1% СО, на 60% снижает нормальную способность крови переносить кислород.

Пыль, содержащая диоксид кремния, вызывает такое заболевание легких, как силикоз. Свинец влияет на кровеносную, нервную систему людей. Некоторые углеводородные соединения, в частности формальдегид и бензопирен, являются токсичными канцерогенными веществами. Эти вещества, попадая в организм, вызывают раковые заболевания.

Шумовое загрязнение отрицательно влияет на нервную систему. Оно не только ведет к потере слуха, но и вызывает психические расстройства. Опасность шумового воздействия усугубляется свойством человеческого организма накапливать акустические раздражения. Под воздействием шума определенной интенсивности возникают изменения в циркуляции крови, работе сердца и желез внутренней секреции, снижается мышечная выносливость. Статистические данные свидетельствуют о том, что процент нервно-психических заболеваний выше среди лиц, работающих в условиях повышенного уровня шума. Реакция на шум зачастую выражается в повышенной возбудимости и раздражимости. Люди, подвергающиеся постоянному воздействию шума, часто становятся трудными в общении.

Шум оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярный аппарат, снижает устойчивость ясного видения и рефлекторную деятельность. Чувствительность сумеречного зрения ослабевает, снижается чувствительность дневного зрения к оранжево-красным лучам.

Загрязнение атмосферы наносит значительный экономический ущерб хозяйству. Наиболее значительные потери возникают от увеличения заболеваемости населения, в жилищно-коммунальном, сельском и лесном хозяйстве. На здравоохранение и коммунальное хозяйство приходится 80% ущерба. Выявлена зависимость затрат на ремонт городских жилых зданий от концентрации вредных веществ в воздухе. Так, наибольшие затраты несут коммунальные хозяйства в районах химических и нефтехимических предприятий. Здесь капитальные затраты на ремонт превышают затраты чистого района в 135 раз.

Одно из наиболее заметных воздействий загрязняющих веществ в атмосфере – это разрушение строительных материалов. В первую очередь к таким материалам относятся известняк, мрамор, шифер и известковые растворы, в которых карбонат кальция переходит в сульфат. Особенно опасны подобные реакции для известкового раствора, поскольку они приводят к объемному расширению и связанным с ним смещением элементов конструкций, соединенных этим раствором. Изделия из мрамора также нестойки к агрессивному действию загрязняющих веществ. Под действием кислотных дождей кальций в мраморе превращается в гипс. Гипс отличается от кальцита большей растворимостью, большей мягкостью, в связи с чем он легче поддается разрушительному действию дождей. Например, в некоторых городах Англии менее чем за два столетия надгробные плиты разрушились до такой степени, что прочитать надписи на могилах совершенно невозможно.

В городах с высокоразвитой промышленностью железо ржавеет в 3 раза быстрее, чем в городах с меньшим загрязнением воздуха, и в 20 раз быстрее, чем в сельской местности. Скорость коррозии алюминия в городе в 100 раз больше, чем в сельской местности. Сера, содержащаяся в воздухе в 25 раз усиливает коррозию никеля, в 15 раз – цинка, в 8 раз – меди, в 30 раз – стали. Из-за коррозии возникают структурные и механические поломки в конструкциях, несет потери химическая промышленность. Годовые экономические потери в хозяйстве Северной Америки от пожаров, ураганов, торнадо и землетрясений вместе взятых не больше минимальных оценок потерь от коррозии.