5.1.1.Воздействие на атмосферу

Атмосфера является наименьшим по массе компонентом Земли: она составляет 10–3 от массы гидросферы и 10–5 массы литосферы. Состояние атмосферы определяет тепловой режим земной поверхности, ее озоновый слой защищает живые организмы от жесткого ультрафиолетового излучения.

Ограниченные размеры атмосферы делают ее весьма чувствительной к локальному, региональному и глобальному загрязнениям. В городах и регионах атмосферный воздух загрязняется прежде всего выбросами промышленных предприятий, ТЭС и автомобильного транспорта. 

Выбросы промышленных предприятий

Фото: http://timesua.com/news/26996-za-zagryazn enie-atmosfery-zaporozhskie-p

В реальных (производственных, городских, региональных и т.п.) условиях атмосферный воздух практически всегда оказывается одновременно загрязненным несколькими веществами.

Совместное негативное влияние загрязняющих веществ на воздух городов и промышленных зон оценивают индексом загрязнения атмосферы. Для каждого i-го вещества , где k— коэффициент, равный 1,7 — для веществ I класса; 1,3 — для веществ II класса; 1,0 — для веществ III класса и 0,9 — для веществ IV класса; Ci— текущая концентрация i-го вещества в атмосфере; ПДКссi— предельно допустимая среднесуточная концентрация i-го вещества.

Интегральную оценку загрязненности атмосферы в городах обычно ведут по пяти наиболее опасным веществам, для чего рассчитывают значение ИЗА5 по формуле

Допустимые значения ИЗА5 ≤ 7.

В первом десятилетии XXI в. средние концентрации формальдегида и бенз[а]пирена в атмосфере городов России составили соответственно 2,6 и 2,8 ПДК, а по фенолу и диоксиду азота были близки к 1 ПДК.

В 43 городах России отмечено очень высокое загрязнение атмосферного воздуха (ИЗА > 14). Уровень загрязнения в этих городах определяется концентрациями бенз[а]пирена (БП), формальдегида (Ф), диоксида азота (NO2) и взвешенных веществ (ВВ), а также фенола, сероуглерода (CS2), фторида водорода (HF) и аммиака (NH3). В Кемерово, Новокузнецке, Южно-Сахалинске наблюдается  наибольшее совместное количество выделений вредных веществ  в атмосферу.

Подробнее см. табл. 5.16 в п. 5.2 учебника. 

В начале ХХI в. в крупнейших городах России наблюдалась тенденция к росту ИЗА . В 2006—2014 гг.  в городах, где ведутся наблюдения, степень загрязнения воздуха оставалась стабильно высокой и находилась на уровне ИЗА ≥ 14 в 15% таких городов и от 13 до 7 в 62%.

Большую озабоченность вызывает загрязнение атмосферного воздуха европейской территории России (ЕТР) органическими соединениями (бенз[а]пирены и др.), вызванное работой региональных источников (автотранспорт, металлургия, ТЭС и т.п.). 

Значительным может быть загрязнение атмосферного воздуха тяжелыми металлами (кадмий, ртуть, свинец). Уровень загрязнения воздуха тяжелыми металлами обычно характеризуют показателем поступления (выпадения) этих веществ в почву.

Выпадение тяжелых металлов от российских источников  на ЕТР

Загрязнение атмосферы в ряде случаев может сопровождаться на региональном уровне возникновением в городах фотохимического смога и выпадением кислотных осадков на значительных техносферных и природных территориях.

Смог весьма токсичен, так как его составляющие обычно находятся в пределах: О3 — 60—75%; ПАН, Н2О2, альдегиды и др. — 25—40%.

Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необходимо наличие оксидов азота и углеводородов (их выбрасывают в атмосферу автотранспорт, промышленные предприятия).

Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема их влияния на природу и человека возникла около 40 лет назад.

Воздействие кислотных дождей

Фото: http://sci-nature.ru/kislotnye-dozhdi-eshhyo-odna-opasnost-dlya-planet…

Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Основными из них являются SO2, NOx, Н2 S. Кислотные дожди возникают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмосфере.

Концентрация диоксида серы(мкг/м3

Источниками поступления соединений серы в атмосферу являются следующие источники: естественные (вулканическая деятельность, действия микроорганизмов и др.) — 31—41%, антропогенные (ТЭС, промышленность и др.) — 59—69%; всего поступает 91—112 млн т в год.

Из соединений азота основной вклад в прохождение кислотных дождей дают NO и NO2

Концентрации соединений азота (мкг/м3

Источниками соединений азота являются следующие источники: естественные (почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы и др.) — 63%, антропогенные (ТЭС, автотранспорт, промышленность) — 37%; всего поступает 51—61 млн т в гoд.

Серная и азотная кислоты поступают в атмосферу также в виде тумана и паров от промышленных предприятий и автотранспорта. В городах их концентрация достигает 2 мкг/м 3.  В нашей стране повышенная кислотность осадков (рН = 4÷5,5) отмечается в отдельных промышленных регионах. Наиболее неблагополучными являются города Тюмень, Тамбов, Архангельск, Северодвинск, Вологда, Петрозаводск, Омск и др.

Парниковый эффект. Cуть его заключается в том, что Земля поглощает солнечное излучение (преимущественно в видимом диапазоне) и испускает теплоту в инфракрасном диапазоне. Главными поглотителями теплового излучения от земной поверхности служат диоксид углерода, метан и  другие атмосферные примеси. Эти атмосферные примеси действуют подобно прозрачной крыши парника, пропуская к Земле коротковолновую часть спектра и задерживая у Земли длинноволновое тепловое излучение. Отсюда происходит и их название — парниковые газы. Чем выше их концентрация в атмосфере, тем выше парниковый эффект.

Рост содержания СО2 в атмосфере обусловлен потреблением углеводородных видов топлива — газа, нефти, угля.

Другой источник СО2 связан с изменениями растительного и почвенного покрова континентов. Вырубка лесов, а также распашка целинных земель и общая интенсификация земледелия приводят к более быстрому извлечению углерода из гумуса почв.

Основным каналом стока избыточного углерода из атмосферы является океаносфера. Около 60% углерода поглощается океанами, а остальное количество — биотой континентов. Через несколько десятилетий Мировой океан из‑за загрязнения будет поглощать избыточный углерод менее эффективно, а доля остающегося в океаносфере СО2 станет выше.

Метан поступает в атмосферу из природных (донные отложения водоемов и болот) и техногенных (сельскохозяйственное производство, свалки бытовых отходов).

Техногенные источники оксида азота (I) N2O связаны в основном c высокотемпературным окислением молекулярного азота в процессе горения различных видов топлива. В естественных условиях N2O поступает в атмосферу из почв, лесов и при грозовых разрядах. Из‑за высокой химической инертности и малой растворимости в воде среднее время жизни N2O в атмосфере велико и составляет 120—150 лет.

Хлорфторуглеводороды (фреоны) с середины 1930-х гг. находят широкое применение в промышленности.

Во второй половине 1980-х гг. во многих промышленно развитых странах были введены ограничения на производство и потребление этой продукции в связи с достигнутыми международными договоренностями о постепенном отказе от использования фторхлоруглеродов.

Однако концентрации фреонов в атмосфере будут увеличиваться еще долгие годы даже после полного прекращения их производства, поскольку среднее время пребывания фреона-11 и фреона-12 в атмосфере оценивается примерно в 55—120 лет.

Увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере (особенно интенсивное в последние годы) приводит к росту эффективности поглощения инфракрасного излучения. 

Увеличение концентрации диоксида углерода

За последние 150 лет содержание азота увеличилось на 18%, метана — почти на 150%, а углекислого газа — более чем на 30%.

«Парниковый» эффект на Земле существовал всегда с момента зарождения атмосферы. Несмотря на то, что парниковые газы составляют менее 1% состава атмосферы Земли, тем не менее, они выполняют одну из самых важных задач в формировании климата на планете. Если бы не было парниковых газов, то Земля была бы холоднее больше, чем на 30°С. За последние 100 лет средняя температура на Земле поднялась на 0,7°С.

 Относительный вклад  (%) в парниковый эффект различных газов

Структура выбросов парниковых газов в России (рис. 5.31) более чем на 60% определяется сжиганием углеводородного топлива в энергетике, промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве.

Структура выбросов парниковых газов в России

В настоящее время в атмосферу Земли выбрасывается около 7 млрд т CO2 и 600 млн т CH4, что, по мнению большинства ученых, приводит к потеплению климата.

Разрушение озонового слоя. Озоновым слоем называют область атмосферы, расположенную на высотах от 18  (в полярных областях от 10 ) до 45 км и характеризующуюся повышенным содержанием озона. 

Фото: http://lgz.ru/article/2013-god/obedinyennyy-tsentr-issledovaniy-i-razr…

Поглощение озоновым слоем большей части биологически активного ультрафиолетового излучения Солнца с длиной волны λ < 310 нм и перевод его в теплоту играет важнейшую роль в сохранении жизни на Земле. 

Необходимость сохранения озонового слоя

Подробнее см. пп. 5.2.1 учебника. 

При истощении озонового слоя возрастает доза облучения человека ультрафиолетовыми лучами, что ведет к росту заболеваний катарактой, кожным заболеваниям (лишай, волчанка), ослаблению иммунной системы организма. Наибольшую опасность представляет рост заболеваемости злокачественной меланомой (раком кожи). Согласно медицинским данным истощение озонового слоя на 1% сопровождается ростом заболеваемости меланомой на 6%.

Увеличение ультрафиолетового солнечного излучения представляет опасность для всех живых организмов на суше и в воде. Высокие дозы этого излучения за счет действия на ДНК могут вызвать мутации у микроорганизмов, привести к ухудшению качества семян, понижению сопротивляемости растений вредителям и болезням. Установлено, что ультрафиолетовые лучи вызывают повреждение клеток и тканей у растений.

По расчетам, потеря атмосферой 25% озона вызовет такой рост радиации, что количество фитопланктона в океане сократится на 35% с соответствующим уменьшением его продуктивности. Истощение озонового слоя оказывает негативное влияние и на климат Земли. Уменьшение концентрации озона ведет к снижению нагрева стратосферы с соответствующим изменением характера поведения температуры воздуха в этой области и нарушением циркуляций воздушных масс в тропосфере.

Последнее изменение: понедельник, 5 Сентябрь 2016, 09:35