Экологические проблемы атмосферы. Кислые осадки. Проблема озонового слоя в атмосфере. Понятие о парн...

Экологические проблемы атмосферы. Кислые осадки. Проблема озонового слоя в атмосфере. Понятие о парн...

                                       Оглавление.

 «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

Жан Батист Ламарк

Вступление

Хозяйственная деятельность человечества в течение последнего столетия привела к серьезному загрязнению нашей планеты разнообразными отходами производства. Воздушный бассейн, воды и почва в районах крупных промышленных центров часто содержат токсичные вещества, концентрация которых превышает предельно допустимую. Поскольку случаи значительного превышения допустимой концентрации достаточно часты и наблюдается рост заболеваемости, связанной с загрязнением природной среды, в последние десятилетия специалисты и средства массовой информации, а вслед за ними и население стали употреблять термин «экологический кризис».

  Прежде всего следует разделить понятия "локальный экологический кризис" и "глобальный экологический кризис". Локальный экологический кризис выражается в местном повышении уровня загрязнений - химических, тепловых, шумовых, электромагнитных - за счет одного или нескольких близко расположенных источников. Как правило, локальный экологический кризис может быть более или менее легко преодолен административными и или экономическими мерами, например, за счет совершенствования технологического процесса на предприятии-загрязнителе или за счет его перепрофилирования или даже закрытия. Много более серьезную опасность представляет глобальный экологический кризис. Он является следствием всей совокупности хозяйственной деятельности нашей цивилизации и проявляется в изменении характеристик природной среды в масштабах планеты и, таким образом, опасен для всего населения Земли. Бороться с глобальным экологическим кризисом гораздо труднее, чем с локальным, и эта проблема будет считаться решенной только в случае минимизации загрязнений, произведенных человечеством, до уровня, с которым природа Земли будет в состоянии справиться самостоятельно. В настоящее время глобальный экологический кризис включает четыре основных компонента: кислотные дожди, парниковый эффект, загрязнение планеты суперэкотоксикантами и так называемые озоновые дыры.

  Еще в конце позапрошлого века Фридрих Энгельс предупреждал: «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают последствия первых». Знакомство с проблемой кислотных дождей подтвердит нам правоту этих слов.     
         Преодоление экологического кризиса во всех его проявлениях, ведущих к деградации природы и, как следствие, к деградации и исчезновению человечества, жизненно необходимо.

Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровня естественного со­держания.

Загрязняющее вещество — примесь в атмосферном воздухе, оказывающая при определенных концентрациях неблагоприятное воздействие на здоровье человека, объекты растительного и жи­вотного мира и другие компоненты окружающей природной сре­ды или наносящая ущерб материальным ценностям.

В последние годы содержание в атмосферном воздухе российс­ких городов и промышленных центров таких вредных примесей, как взвешенные вещества, диоксид серы, существенно уменьши­лось, так как со значительным спадом производства сократилось число промышленных выбросов, а концентрации оксида углерода и диоксида азота выросли в связи с ростом парка автомобилей.

Список городов с катастрофическим уровнем загрязнения ат­мосферного воздуха в России увеличивается ежегодно, но многие годы в нем числятся Братск, Екатеринбург, Кемерово, Красно­ярск, Липецк, Магнитогорск, Москва, Нижний Тагил, Новокуз­нецк, Новосибирск, Ростов-на-Дону, Тольятти.

Наиболее значимое влияние на состав атмосферы оказывают предприятия черной и цветной металлургии, химическая и нефте­химическая промышленность, стройиндустрия, энергетические предприятия, целлюлозно-бумажная промышленность, автотран­спорт, а в некоторых городах и котельные.

Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Выброс пыли в расчете на 1 т предельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа — 2,7 кг, марганца — 0,1—0,6 кг.

Источником загрязнения воздуха сернистым газом являются агломерационные фабрики. Во время агломерации (Агломерация - в металлургии термический способ окускования мелких рудных материалов (спеканием) для улучшения их металлургических свойств) руды происхо­дит выгорание серы из пиритов. Сульфидные руды содержат до 10% серы, а после агломерации ее остается 0,2—0,8%. Выброс сер­нистого газа при этом может составить до 190 кг на 1 т руды (т.е. работа одной ленточной машины дает около 700 т сернистого газа в сутки).

Значительно загрязняют атмосферу выбросы мартеновских и конвертерных сталеплавильных цехов. Плавление стали сопровождается выгоранием некоторых количеств углерода и серы, в связи с чем в отходящих газах мартеновских печей при кислородном дутье со­держится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого газа в рас­чете на 1 т выплавляемой стали.

Цветная металлургия. Вредные вещества образуются при про­изводстве глинозема, алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и других металлов в печах (для спекания, выплавки, обжи­га, индукционные и др.), на дробильно-размольном оборудова­нии, в конвертерах, местах погрузки, выгрузки и пересылки мате­риалов, в сушильных агрегатах, на открытых складах. В основном предприятия цветной металлургии загрязняют атмосферный воз­дух сернистым ангидридом (SO2)(75% суммарного выброса в атмосфе­ру), окисью углерода (10,5%) и пылью (10,4%).

Химическая и нефтехимическая промышленность. Выбросы в атмосферу в химической промышленности происходят при произ­водстве кислот (серной, соляной, азотной, фосфорной и др.), резинотехнических изделий, фосфора, пластических масс, краси­телей и моющих средств, искусственного каучука, минеральных удобрений, растворителей (толуола, ацетона, фенола, бензола), крекинге нефти.

Разнообразием исходного сырья для производства определяет­ся состав загрязняющих веществ — в основном окись углерода (28% суммарного выброса в атмосферу), сернистый ангидрид (16,3%), окислы азота (6,8%) и др. В выбросах содержится аммиак (3,7%), бензин (3,3%), сероуглерод (2,5%), сероводород (0,6%), толуол (1,2%), ацетон (0,95%), бензол (0,7%), ксилол (0,3%), дихлор­этан (0,6%), этилацетат (0,5%), серная кислота (0,3%).

Решение экологических проблем в отрасли осложнено эксплу­атацией морально и физически устаревшего оборудования (60% — эксплуатируется более 10 лет, до 20% — свыше 20 лет, до 10% — более 30). Происшедшие в последние годы катастрофы на хи­мических предприятиях в Уфе, Стерлитамаке, Томске, Ангарс­ке, Салавате, Ставрополе, других городах, постоянные локаль­ные взрывы и разрушения объектов с человеческими жертва­ми, заражение атмосферы и других объектов окружающей сре­ды свидетельствуют о том, что ситуация в отрасли критическая. Следует отметить, что в последние годы выбросы в атмосферу загрязняющих веществ предприятиями отрасли резко снизились. Однако произошло это не потому, что были проведены эффек­тивные природоохранные мероприятия, а из-за спада произ­водства.

Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности, кон­центрация которых особенно велика в Башкортостане, Самарс­кой, Ярославской и Омской областях, загрязняют атмосферу выб­росами углеводородов (23% от суммарного выброса), сернистого газа (16,6%), окиси углерода (7,3%), окислов азота (2%).

Особую экологическую опасность представляет разработка ме­сторождений нефти и газа с повышенным содержанием сероводо­рода.

Промышленность строительных материалов. Производство це­мента и других вяжущих, стеновых материалов, асбестоцементных изделий, строительной керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов, строительного и технического стекла сопровождается выбросами в атмосферу пыли и взвешенных веществ (57,1% от суммарного выброса), окиси углерода (21,4%), сернистого ангид­рида (10,8%) и окислов азота (9%). Кроме того, в выбросах при­сутствует сероводород (0,03%).

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышлен­ность. Наиболее крупные предприятия отрасли сосредоточены в Восточно-Сибирском, Северном, Северо-Западном и Уральском регионах, а также в Калининградской области. Среди наиболее крупных загрязнителей атмосферы можно выделить Архангельс­кий целлюлозно-бумажный комбинат (7,5% общего выброса по отрасли). Характерные загрязняющие вещества, производимые эти­ми предприятиями, — твердые вещества (29,8% суммарного выб­роса в атмосферу), окись углерода (28,2%), сернистый ангидрид (26,7%), окислы азота (7,9%), сероводород (0,9%), ацетон (0,5%).

В сельской местности источниками загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие хозяйства, промышленные комплексы по производству мяса, предприятия, обслуживающие технику, энергетические и теплосиловые пред­приятия. Над территориями, примыкающими к помещениям для содержания скота и птицы, в атмосферном воздухе распространя­ются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие дурнопахнущие газы.

Смог. Смесь ряда первичных и вторичных загрязнителей, образующихся в нижней тропосфере, когда некоторые из первичных загрязнителей (особенно оксиды азота и углеводоро­ды из выхлопных газов машин) взаи­модействуют друг с другом под влия­нием солнечного света, называется фотохимическим смогом. Фотохимический смог характерен фактически для всех современных больших городов, но наиболее часто он встречается в городах с преоблада­нием солнечных дней, с сухим и теп­лым климатом и большим количеством автомобилей. К большим городам с представляющим опасность для здо­ровья фотохимическим смогом отно­сятся Лос-Анджелес, Денвер, Солт-Лейк-Сити, Сидней, Мехико и Буэ­нос-Айрес. Фотохимическое загрязне­ние обнаруживается в основном летом. Наблюдается фотохимический смог в тропических и субтропических регио­нах там, где периодически сжигали траву в саваннах.

Главным продуктом таких фото­химических реакций является озон, вызывающий раздражение глаз, нарушающий функции легких и по­вреждающий деревья и урожай. Та­ким образом, степень опасности смо­га в целом определяется концентра­цией озона в атмосфере на уровне Земли. Другими вредными составля­ющими смога являются альдегиды, пероксиацетилнитраты и окись. (Рисунок I)

Ничтожные количества этих вто­ричных загрязнителей в фотохими­ческом смоге достигают пикового уровня сразу пополудни в солнеч­ный день, вызывая у людей раздра­жение глаз и дыхательных путей. Особенно уязвимы люди, страдаю­щие астмой и другими заболевания­ми дыхательных путей, а также здо­ровые люди, работающие на улице между 11 и 16 часами. Чем жарче день, тем больше озона и других со­ставляющих фотохимического смога.

Тридцать лет назад в больших городах, таких, как Лондон, Чикаго и Питсбург, на электростанциях, за­водах и теплоцентралях сжигалось огромное количество серосодержа­щих угля и тяжелой нефти. Зимой такие города страдали от промыш­ленного смога, состоящего главным образом из смеси диоксида серы, взвешенных капелек серной кисло­ты, образовавшейся из части диокси­да серы, и разнообразных взвешен­ных твердых частиц. Теперь уголь и тяжелая нефть сжигаются только в больших бойлерных, где налажен контроль за выбросами вредных ве­ществ или установлены высокие ды­мовые трубы, так что промышлен­ный смог редко является проблемой. Однако в Китае и некоторых восточ­ноевропейских странах, как, напри­мер, в Чехословакии, где большие ко­личества угля сжигаются без соот­ветствующих мер контроля за вы­бросами, ситуация не изменилась.

Местный климат, рельеф и смог. Частота и плотность смога на данной территории зависят от климата и рельефа местности, плотности населе­ния и промышленности, а также от основных видов топлива, используе­мого в промышленности, на тепло­централях и на транспорте. В райо­нах с большим среднегодовым коли­чеством осадков дождь и снег помога­ют очистить воздух от загрязнителей. Ветры также способствуют удалению загрязнителей и приносят свежий воздух, но они же и переносят неко­торые загрязнители на большие рас­стояния.

Холмы и горы создают преграду на пути ветров, в результате чего в низинах в приземном слое увеличива­ется загрязнение воздуха. Высокие здания в больших городах также за­медляют скорость ветра и, соответст­венно, способствуют созданию высо­ких концентраций загрязнителей.

В течение дня солнце нагревает воздух у поверхности земли. Обычно этот теплый воздух расширяется и поднимается, растворяя скапливаю­щиеся внизу загрязнители и унося их вверх в тропосферу. Одновременно воздух из соседних областей высокого давления опускается вниз в образую­щиеся области низкого давления (Рисунок II, левый). Это непрерывное переме­шивание воздуха помогает сохранять загрязнение вблизи поверхности в пределах допустимого уровня.

Но иногда в результате погодных условий теплый воздух натекает на нижерасположенный плотный холод­ный воздух в городском воздушном бассейне или в долине, препятствуя развитию вертикальных движений воздуха. Это явление называется температурной, или термической, инверсией (Рисунок II, правый). В ре­зультате массы теплого воздуха рас­пространяются над регионом и пре­пятствуют выносу загрязнителей. Обычно такие инверсии длятся от одного до нескольких часов, но иногда, в условиях устойчивого ан­тициклона, они могут сохраняться до нескольких дней. В этом случае концентрация загрязнителей воздуха у поверхности земли представляет угрозу здоровью и даже жизни лю­дей. Термические инвер­сии также усиливают вредное воз­действие островов тепла и пыльных куполов, которые образуются над городскими территориями.

Наиболее продолжительные и час­тые термические инверсии характер­ны для городов, расположенных в до­линах, окруженных горами (Донора, штат Пенсильвания), для подветрен­ных склонов горных хребтов (Де­нвер) или побережий (Нью-Йорк). Большие города, насчитывающие не­сколько миллионов жителей и авто­мобилей, расположенные в безветрен­ных районах с преобладанием сол­нечных дней, окруженных с трех сто­рон горами и морем с четвертой, со­здают идеальные условия для фото­химического смога, отягченного час­тыми термическими инверсиями. Именно такая ситуация наблюдается в Лос-Анджелесе, где почти ежеднев­но возникают инверсии, особенно продолжительные летом, и где насчитывается 12 млн. жителей, 8 млн. ав­томобилей и тысячи фабрик. Несмот­ря на самую строгую в мире систему контроля за загрязнением воздуха, Лос-Анджелес занимает первое место по загрязнению воздуха в Соединен­ных Штатах.

Проблема озонового слоя

Глобальная изменчивость или глобальные изменения в последние годы превратились в основную проблему исследований в области окружающей среды главным образом благодаря тому огромному влиянию, которое она по всей вероятности будет оказывать на мировое сообщество.

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается  за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озоновый Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озоновая "дыра". (Озоновая дыра -  разрыв озоносферы  диаметром св. 1000 км,  возникший над Антарктидой и перемещающийся в населенные районы Австралии. Озоновая дыра возникла предположительно в результате антропогенных воздействий[1],  в т. ч. широкого использования в промышленности и быту хлорсодержащих хладонов[2] (фреонов), разрушающих озоновый слой. Озоновая дыра представляет опасность для живых организмов, поскольку озоновый слой защищает поверхность Земли от чрезмерных доз ультрафиолетового излучения  Солнца. В 1985 принята.)

В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%.

             Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б с 280<l<315 нм, наносящие серьезные поражения клеткам живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде. Правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах. Ультрафиолетовое излучение Солнца  это коротковолновое электромагнитное излучение (400-10 нм), на долю которого приходится около 9% всей энергии излучения Солнца. Ультрафиолетовое излучение Солнца ионизирует газы верхних слоев земной атмосферы, что приводит к образованию ионосферы.

Страницы: 1, 2