Анализ проблем загрязнения атмосферы

Проблема загрязнения атмосферы возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на каменном угле, а затем на нефти. В течение почти двух столетий задымление воздуха носило местный характер. Дым и копоть относительно редких фабричных и паровозных труб почти полностью рассеивались на большом пространстве. Но быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в нынешнем столетии привел к такому увеличению объема и токсичности выбросов, которые уже не могут быть «растворены» в атмосфере до безвредных для природной среды и человека концентраций. В кернах льда, взятых для анализа с различных глубин ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды, фоновое содержание различных примесей (сера, свинец и т. п.) оставалось почти неизменным до начала XX в. За 100 последних лет оно возросло втрое, отражая интенсификацию современного загрязнения атмосферы техногенными выбросами.

Общий современный уровень техногенного загрязнения атмосферы достигает порядка 1 млрд. т аэрозолей и газовых выбросов (без С02) и 300—500 млн. т пыли. Эти количества составляют пока малую часть всей массы атмосферы. Но следует помнить, что интенсивность загрязнения возрастает, а основная масса загрязнителей сосредоточена в самых нижних слоях атмосферы, концентрируясь в районах скопления промышленности и транспорта. Содержание загрязнителей в атмосфере над городом примерно в 15 раз выше, чем в сельской местности, и в 150 раз выше, чем над океаном. С учетом этих обстоятельств на Земле немало мест, где загрязнение воздуха создает угрозу нормальному функционированию экосистем и здоровью человека.

Источники загрязнения атмосферы могут быть естественными (природными) и искусственными (антропогенными), главным образом техногенными. К первым относятся извержения пепла и газов вулканами, лесные и степные пожары, насыщенные солями морские брызги и туманы, пыль с эродированных почв и тонкий песок пустынь, растительная пыльца, микроорганизмы, выделения животных, а также космическая пыль. В норме природные источники не вызывают сколько-нибудь существенных, качественных изменений воздуха. Однако в катастрофических случаях и они могут оказаться причиной весьма серьезных загрязнений атмосферы. Например, вулкан Кракатау близ острова Ява при извержении в 1883 г. выбросил такие количества пепла и пыли, которые создали своеобразный светозащитный экран вокруг Земли и тем самым несколько уменьшили интенсивность солнечной радиации у ее поверхности, вызвав небольшое изменение теплового баланса планеты. Заметный, хотя и местный, эффект могут иметь крупные и длительные пожары и пыльные бури. Даже неприметная растительная пыльца может вызвать аллергические заболевания.

Главными источниками загрязнения атмосферы являются промышленные, транспортные и бытовые выбросы. Промышленность до недавнего времени была основным источником загрязнения атмосферы. Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным. При этом выделяются механические загрязнители — разного размера несгоревшие частицы, пыль, зола, сажа. Их количество зависит от конструкции топки, качества топлива и эффективности работы дымоуловителей. Некогда безраздельно господствовавшие в небе городов пыль, сажа, зола и другие механические загрязнители сегодня уступили первенство химическим, потому что первых стало несколько меньше, а вторых намного больше. Но и сейчас, например, в Нью-Йорке, Токио, Рурском промышленном бассейне и в некоторых других индустриальных районах выпадает свыше 1 т пыли на 1 км2 за сутки, а максимальные загрязнения в десятки раз превышают санитарные нормы. Выбросы оседают на городскую территорию, особенно при анти-циклонах (рис. 1). Задымленность индустриальных центров во многих районах мира по-прежнему остается серьезной проблемой, хотя в ряде крупных городов ее удалось почти полностью (Москва, Питтсбург) или частично (Лондон, Амстердам, Вена) разрешить.
Цементные заводы оказываются мощными поставщиками тончайшей пыли в атмосферу. Внедрение высокоэффективных пылеуловителей позволило, например, во Франции за 4 года в 8 раз снизить объем выбросов цементной пыли и тем самым ежегодно экономить более 0,5 млн. т самого высококачественного цемента. В нашей стране немалых успехов добились на ряде цементных заводов, окрестности которых за 3—5 лет работы мощных очистных установок превратились из безжизненных желто-серых пустырей в чистые зеленые парки.

Главный химический загрязнитель атмосферы — сернистый газ (S02), выделяющийся при сжигании каменных углей, сланцев, нефти и ее производных, при выплавке меди, производстве серной кислоты и при других промышленных процессах. Некоторые угли с высоким содержанием серы дают до 1 т сернистого газа на 10 т сгоревшего угля. Сернистый газ быстро распространяется в воздухе на значительные расстояния. Например, преобладающие над Европой ветры несут массы этого газа с запада на восток. За одни сутки, в течение которых сернистый газ держится в атмосфере, он успевает из ФРГ распространиться на территорию ГДР, Польши и даже России.
Металлургические заводы выбрасывают в воздух угарный газ, оксиды железа, меди и других металлов. Алюминиевая промышленность загрязняет атмосферу и местность вокруг заводов токсичными фтористыми соединениями.
Под воздействием интенсивного солнечного облучения поступающие от промышленных и транспортных источников вещества могут вступать в реакции друг с другом, образуя высокотоксичные соединения. Это явление получило название фотохимического смога, для которого, в частности, характерно образование озона, формальдегида и других опасных соединений. Фотохимический смог характерен, например, для Лос-Анджелеса. Вместе с тем конечный результат химических реакций может быть и прямо противоположным: взаимная нейтрализация исходных токсичных веществ в их соединениях, что открывает определенные возможности для предотвращения загрязнения атмосферы.
В больших городах и густонаселенных районах первенство в загрязнении атмосферы переходит от промышленности к транспорту, прежде всего к автомобильному. В США 60% загрязнений воздуха поступает от автомобилей; в Нью-Йорке, Лос-Анджелесе, Токио и многих других городах загрязнение от автотранспорта может достигать 90%. В России на транспорт приходится около 50% общих загрязнений атмосферы.

Главная составная часть автомобильных выхлопов — оксид углерода (II). Автомобильные двигатели выделяют оксиды азота (NO, NQ2), некоторые углеводороды и весьма ядовитый свинец. Последний добавляется в бензин со специальными активирующими присадками (например, тетраэтилсвинец) и выделяется в воздух при сгорании топлива. Около 300 млн. автомобилей еже-суточно выбрасывают в атмосферу нашей планеты примерно 800 тыс. т оксида углерода (II), 150 тыс. т углеводородов, свыше 500 тыс. т оксида азота и почти 1 тыс. т свинца. Подавляющее большинство из 200 компонентов выхлопных газов автомобилей угнетающе действуют на организм человека, а оксиды азота к тому же активно участвуют в образовании фотохимического смога* Автомобили сжигают кислорода в 3—4 раза больше, чем требуется всему человечеству для дыхания.
Самое опасное загрязнение атмосферы и всей окружающей среды — радиоактивное. Известно, что в начале 60-х годов фон искусственной радиоактивности, вызванной испытаниями ядерного оружия, достиг угрожающего уровня. Страшно даже представить, какие последствия могли проявиться уже сейчас, если бы не настойчивость Советского правительства и миролюбивых сил в других странах, добившихся заключения Московского договора 1963 г. о запрещении испытательных взрывов ядерных устройств в атмосфере, космосе и под водой. Однако КНР, Франция, например, до сих пор не присоединились к Договору, и взрывы, проводимые ими, поднимают фон радиоактивности атмосферы выше природного уровня.

Для получения электроэнергии конструкторы ядерных реакторов создают достаточно надежную защиту от выделения радиоактивных элементов в окружающую среду. Однако проблему захоронения радиоактивных отходов все еще нельзя считать решенной. Практика захоронения контейнеров с такими отходами в глубинах океана энергетиками США и некоторых европейских стран оказалась ненадежной, так как морская вода разъедает любые контейнеры раньше, чем произойдет распад радиоактивных элементов. К тому же ошибочным было мнение об отсутствии конвекции между глубинными и поверхностными водами в океанах. Опасна также способность животных и растительных организмов накапливать радиоактивные вещества в концентрациях, в десятки и сотни тысяч раз превышающих их содержание в окружающей среде. Гораздо надежнее разработанные в Советском Союзе способы захоронения радиоактивных отходов в полностью изолированных шахтах или в бетонированных подземных бункерах. К началу следующего столетия прогнозируется промышленное использование энергии ядерного синтеза. Помимо получения практически неисчерпаемой энергии, термоядерные установки выгодно отличаются от своих энергетических предшественников отсутствием радиоактивных и иных вредных отходов.

Новейшие медико-биологические исследования направлены на анализ возможных последствий электромагнитного насыщения среды. Недавно было выявлено воздействие некоторых радиоволн на мозг человекообразных обезьян, микроволн на хрусталик глаза и т. п. Такого рода факты требуют особого внимания при рассмотрении биологической значимости высокого электромагнитного фона современной среды обитания человека.
Своеобразная форма «загрязнения» воздуха — шум, который стал фактором большого социального значения. Слабые шумы до 30 децибел (шелест листвы, тихая музыка) действуют на человека успокаивающе, тогда как грохот в 90—120 децибел (грузовик, реактивный самолет, пневматический молоток, музыка в дискотеке и т. п.) не только раздражает нервную систему, но и может стать весьма опасным для здоровья. Особенно часто завышенный уровень шума (начиная с 60—70 децибел) вызывает расстройства слуха, возникающие у детей уже при уровне в 45 децибел. Шум в 80 децибел снижает умственную работоспособность, увеличивает размах колебаний артериального давления, резко ухудшает восприятие происходящего. Длительное влияние шума вызывает устойчивые сдвиги в вегетативной нервной системе, расстройство периферического кровообращения, гипертонию. Шум свыше 90 децибел повреждает среднее ухо, около 120 децибел вызывает глухоту. Шум представляет собой несомненную угрозу физическому и душевному здоровью людей. Столь существенные различия в восприятии человеком разных шумов обусловлены адаптацией нашего слуха к шумам естественным и полной беззащитностью перед уровнями громкости, в природе почти не встречающимися (кроме громовых раскатов, извержений вулканов).

Принятая в России гигиеническая регламентация допустимых уровней шума определяет верхний его предел для больничных палат и санаториев в 35 децибел, жилых квартир, классных комнат и учебных аудиторий — в 40 децибел, стадионов и вокзалов — в 60 децибел. Кроме того, установлены ограничительные нормы внешнего шума для транспортных средств — 80—85 децибел. Меры, принимаемые в последние годы архитекторами, строителями, конструкторами транспортных средств и станков, органами управления и контроля, направлены на обеспечение принятых гигиенических норм и тем самым на существенное снижение шума в домах, на улицах и на производстве.