Загрязнение атмосферы

Эта статья прошла проверку экспертом
Материал из «Знание.Вики»
Промышленные выбросы в атмосферу

Загрязне́ние атмосфе́ры — поступление в атмосферный воздух или образование в нём загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих установленные государством гигиенические и экологические нормативы качества атмосферного воздуха[1]. Загрязнение атмосферного воздуха бывает естественным — привнесение в атмосферный воздух не характерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение естественной среднемноголетней концентрации этих агентов в нём, обусловленные природными процессами[2], а также антропогенным — привнесение в атмосферный воздух не характерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение естественной среднемноголетней концентрации этих агентов в нём, обусловленные деятельностью человека[3].

Источники загрязнения

Основными источниками загрязнения атмосферы являются природные, промышленные и бытовые процессы. Атмосфера всегда содержит определённое количество примесей, которые обуславливаются природными и антропогенными источниками[4].

Природные источники

Загрязнение атмосферы пылью в результате пылевых бурь

Природные источники загрязнения атмосферы — вулканы, пыльные бури, лесные пожары, процессы разложения растений и животных. Кроме того, к природным источникам относят космическую пыль, солнечное и космическое излучение[5].

Космическая пыль образуется во время сгорания метеоритов. Природная пыль является постоянной составляющей земной атмосферы. Она состоит из мелких взвешенных в воздухе частиц размером 10−4 — 10−3 см, которые имеют органическое или неорганическое происхождение. Пыль образуется в результате выветривания горных пород и почв, извержения вулканов, пожаров в лесах, степях и торфяниках, испарения с поверхности морей и океанов, а также аэропланктоном, бактериями, спорами растений, грибов, продуктами гниения, брожения и разложения растений и животных[6].

Атмосферная пыль благоприятствует конденсации водяного пара и, таким образом, образованию осадков, поглощает прямое солнечное излучение и защищает организмы от солнечного облучения. Биологическое разложение, включающее жизнедеятельность почвенных бактерий, благотворно влияет на образование сероводорода (гидрогенсульфида), аммиака, углеводородов, оксидов азота и углерода.

Примеси, выделяемые природными источниками, делят на группы:

  • пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, вследствие эрозии почвы, частицы морской соли и т. д.);
  • туман, дым, газы от лесных и степных пожаров[7];
  • газы вулканического происхождения;
  • разнообразные продукты растительного, животного и микробиологического происхождения.

Природные загрязнители бывают распределёнными, например, выпадение космической пыли, или кратковременными, стихийными, например, лесные и степные пожары, извержения вулканов и тому подобное. Уровень загрязнения атмосферы природными источниками является фоновым и несущественно меняется с течением времени.

Лесные пожары как источники природного загрязнения атмосферы

Ещё пятьдесят лет назад природа достаточно успешно ликвидировала разнообразные загрязнения, поскольку атмосфера обладает высокой способностью к самоочищению, но сейчас она с этой задачей уже не справляется.

Антропогенные источники

Антропогенные выбросы в атмосферу объединяют в следующие группы:

Происхождение этих загрязнителей различное: дымовые газы, выделяющиеся при сжигании топлива, газы двигателей внутреннего сгорания, хвостовые газы и абгазы технологических процессов, вентиляционные выбросы, неорганизованные выбросы из канализационных, сточных вод, отвалов и других выбросов в атмосферу[8].

Доля разных отраслей промышленности в загрязнении атмосферы, с учётом всех видов загрязнений, составляет (в % от общего загрязнения):

Транспортные потоки и загрязнение воздуха на улицах крупных городов

Таким образом, большую часть в загрязнение атмосферы вносят теплоэлектростанции, автотранспорт и предприятия чёрной металлургии[9].

Настоящим бедствием для городов являются автомобили, в городах до 60 % загрязнений дает именно автотранспорт. Более 300 млн автомашин ежедневно выбрасывают в воздух 800 тыс. тонн окиси углерода, 1 тысяч тонн свинца. Большинство из 200 компонентов выхлопных газов автомашин пагубно влияет на организм человека, а оксид азота является одним из компонентов смога.

  • Тепловые электростанции загрязняют атмосферу выбросами, содержащими оксиды серы, азота, сажу со смолистыми веществами, пыль и золу с солями тяжёлых металлов.
  • Комбинаты чёрной металлургии. Включают доменное, сталеплавильное, прокатное производство; горнорудные цеха, агломерационные фабрики, коксохимические заводы и заводы по переработке отходов основных производств, теплоэнергетические установки. Выбросы в атмосферу от этих производств содержат оксиды углерода, серы и азота, сероводород, аммиак, аэрозоли хрома и марганца, бензол, фенол, пиридин.
  • Цветная металлургия загрязняет атмосферу соединениями фтора, цветных и тяжёлых металлов (часто в виде аэрозолей), парами ртути, оксидами серы, азота и углерода, полиметаллической пылью, смолистыми веществами, углеводородами, содержащими бенз(а)пирен.
  • Предприятия промышленности строительных материалов. Загрязняют атмосферу пылью, содержащей соединения тяжёлых металлов, фтора, диоксида кремния, асбеста, гипса, тонкодисперсной стеклянной пылью.
  • Машиностроение и металлообработка. Выбросы в атмосферу предприятий этого профиля содержат аэрозоли соединений цветных и тяжёлых металлов, в частности, пары ртути, с парами органических растворителей.
  • Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленности являются источником следующих загрязнителей атмосферы: сероводорода, оксидов серы и углерода, аммиака, соединений фосфора, свободного хлора, углеводородов, в том числе бенз(а)пирена.
  • Химическая промышленность. Выбросы в атмосферу содержат оксиды углерода, серы и азота, аммиак, сероводород, соединения фосфора, свободный хлор, а также в большом количестве органические вещества, имеющие сложный химический состав, соляную кислоту, соединения тяжёлых металлов, сажу и пыль[11].

Масштабы загрязнения

Основная масса загрязнений воздуха приходится на сжигание органических энергоносителей (угля, нефти, газа, торфа, горючих сланцев, древесины). Загрязнение воздуха стало большой социальной и экономической проблемой для многих развитых стран, особенно для крупных городов, промышленных агломератов.

Сегодня в городах загрязнение воздуха в 15 раз выше, чем в сельской местности, и в 150 раз выше, чем над океаном. В промышленных районах за сутки выпадает 1 тонна пыли на 1 км2, в загрязненных городах за год — более 1 кг/м2 пыли и сажи. Сажа представляет собой частицы угля или других видов топлива, которые не сгорели. Пыль состоит из частиц угля и пепла[12].

Наиболее распространенными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы SO2, оксид азота NOх, углеводороды CnHm и пыль[13]. Основные источники загрязнения атмосферы и ежегодные выбросы приведены в таблице 1. Кроме упомянутых веществ, в атмосферу выбрасываются и более токсичные вещества. Сейчас насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, и их количество постоянно растет[14].

Таблица 1. Источники выбросов в атмосферу и ежегодные выбросы

Примеси Основные источники Средняя годовая концентрация в воздухе,

мг/м3

Природные Антропогенные
Твердые частицы (зола, пыль и подобное) Вулканические извержения, пыльные бури, лесные пожары Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках В городах — 0,04…0,4
SO2 Вулканические извержения, окисление серы, сульфатов, рассеянных в море Тоже В городах — до 1,0
NOх Лесные пожары Промышленность, автотранспорт, теплоэлектростанции В промышленно развитых регионах — до 0,2
CO Лесные пожары, выделение океанов, окисление терпенов Автотранспорт, промышленные энергоустановки, чёрная металлургия В городах — от 1 до 50
Летучие углеводороды Лесные пожары, природный метан, природные терпены Автотранспорт, обжиг отходов, испарение нефтепродуктов В промышленно развитых регионах — до 3,0
Полициклические, ароматические углеводороды — Автотранспорт, химические заводы, нефтеперерабатывающие заводы В промышленно развитых регионах — до 0,01

Последствия загрязнения

Атмосфера, как любой компонент биосферы, представляет собой огромную уравновешенную окислительную систему со значительным содержанием основного окислителя — кислорода. За счёт этого возможно самоочищение атмосферного воздуха. В этом процессе самоочищения атмосфера нейтрализует и удаляет поступающие в неё вредные примеси, но компенсационные возможности атмосферы исчерпаемы, поэтому чистый воздух относят к исчерпаемым возобновляемым природным ресурсам. Способность атмосферы к самоочищению долгое время человечество использовало бездумно, следствием чего стали всё чаще повторяющиеся региональные экологические проблемы и состояние предкризисной экологической ситуации на планете в целом[15].

Загрязнение атмосферы оказывает негативное влияние на все стороны жизни биосферы, а именно:

  • изменение химических и физических свойств воздуха создаёт угрозу для здоровья и жизни людей, что может быть причиной повышения заболеваемости, преждевременного старения, возникновения тяжёлых отдалённых последствий и необратимых изменений у потомков;
  • причиняет значительные экономические ущербы за счёт повышения коррозии оборудования и сооружений, сокращения срока их эксплуатации и тому подобное;
  • вызывает деградацию природных экосистем, угнетает процессы фотосинтеза, негативно влияет на флору и фауну, вызывает изменения в климатических условиях, освещенности, ухудшения санитарно-гигиенических показателей: увеличивается частота туманов, уменьшается видимость и прозрачность для ультрафиолетового излучения;
  • загрязнение пылью, пеплом и сажей ведет к тому, что сернистые соединения разрушают строительные материалы и приводят к коррозии металлов.

В результате антропогенного загрязнения в атмосфере прослеживаются такие изменения: смоги, кислотные дожди, увеличение «озоновой дыры» — разрушение озонового слоя, усиление явления парникового эффекта[16].

Смог в пригороде Тайбэя, Тайвань

Химические реакции, которые происходят в воздухе, приводят к возникновению дымных туманов — смогов. Смоги возникают при следующих условиях: во-первых, при большом количестве пыли и газов, которые города выбрасывают в воздух, во-вторых, при долгом существовании антициклонных условий погоды, когда загрязнители накапливаются в приземном слое атмосферы. Смоги характерны для крупных городов, которые расположены в горных котловинах, где застаивается воздух, например, в Лос-Анджелесе, Нью-Йорке, Чикаго, Токио, Милане.

Последствия выпадения кислотных дождей

Сернистые соединения и оксиды азота вызывают кислотные дожди. Это явление стало очень распространённым, его относят к региональным последствиям загрязнения атмосферного воздуха, но кислотные дожди могут выпадать на расстоянии многих сотен и тысяч километров от источника первоначального выброса вещества. Кислотные дожди приводят к деградации флоры и фауны, закислению природных водоёмов, разрушению сооружений и материалов, опасны они и для уникальных исторических памятников, что также напрямую ведёт к экономическим ущербам. Анализ химического состава кислотных дожей показывает, что основными компонентами их являются серная и соляная кислоты, органические кислоты и некоторые галогеноводородные кислоты[17].

Промышленные выбросы в атмосферу нарушают озоновый слой, который щитом прикрывает Землю от сильного ультрафиолетового облучения. Обнаружено резкое уменьшение слоя озона над Антарктидой — своеобразная «озоновая дыра». Содержание озона над Антарктидой уменьшается, границы «озоновой дыры» расширяются. Основные причины разрушения озонового слоя — увеличивающиеся выбросы оксидов азота, антропогенного хлора и фреонов, которые активно вступают в химические реакции с озоном, образуя новые соединения. Ультрафиолетовое облучение планеты усиливается, и, как следствие, увеличивается количество заболеваний раком кожи у людей и животных. Проблема сохранения озонового слоя Земли является приоритетной проблемой выживания биосферы в целом и человечества в частности[18].

Загрязнение атмосферы планеты оксидом углерода на высоте около 5 километров. Места с наиболее высоким уровнем загрязнения воздуха отмечены красным цветом.

Постоянное увеличение количества сжигаемого органического топлива приводит к повышению концентрации углекислого газа СО2 в атмосферном воздухе. По статистическим многовековым данным в 1860 году его содержание составляло 0,027 %, в начале XX века — 0,029 %, а в современном мире — 0,034 %. Прогнозы показывают, что к середине XXI века его содержание удвоится. Это приведёт к резкому усилению парникового эффекта. Моделирование на ЭВМ показало, что к этому времени средняя температура повысится на 2 — 4°С, в умеренных широтах — на 10 — 15°С и в Арктике — на 15 — 20°С.

Возникают ещё две не менее опасные проблемы: потепление в Арктике и Антарктике, которое может привести к быстрому таянию ледников. Если их объём уменьшится на 50 %, то уровень Мирового океана поднимется на 25 — 35 м, многие прибрежные города будут затоплены водой. Изменение климата будет сопровождаться изменением погодных условий, которые трудно предсказывать. Настоящим экологическим катаклизмом на планете уже сегодня стала засуха в Африке, где пустыня наступает на саванну со скоростью 50 км/ч по сравнению со скоростью 1 км/ч в прошлом.

Всё это говорит о необходимости внедрения и применения мероприятий по защите и охране атмосферного воздуха и требует коренного изменения отношения человека к вопросам охраны природы в целом и воздуха в частности, иначе человечеству неминуемо угрожает общая экологическая катастрофа[19].

Примечания

  1. ↑ ГОСТ Р 59061-2020 Охрана окружающей среды. Загрязнение атмосферного воздуха. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2020. — С. 3. — 16 с.
  2. ↑ Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. ГОСТ Р 59061-2020 Охрана окружающей среды. Загрязнение атмосферного воздуха. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2020. — С. 3. — 16 с.
  3. ↑ Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. ГОСТ Р 59061-2020 Охрана окружающей среды. Загрязнение атмосферного воздуха. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2020. — С. 1. — 16 с.
  4. ↑ Макоско А. А., Матешева А. В. Загрязнение атмосферы и качество жизни населения в XXI веке: угрозы и перспективы. — М.: Российская академия наук, 2020. — С. 13—19. — 258 с.
  5. ↑ Игнатьева Л. П., Чирцова М. В., Потапова М. О. Гигиена атмосферного воздуха: учебное пособие. — Иркутск: ИГМУ, 2015. — С. 12. — 79 с.
  6. ↑ Горшков Е. В., Насими М. Х. Исследование загрязнения городской воздушной среды мелкодисперсной пылью природного происхождения // Инженерный вестник Дона : журнал. — 2016. — № 4.
  7. ↑ Майорова Л. П., Садыков А. И., Сыч Ю. И. Оценка выбросов загрязняющих веществ и эмиссии углекислого газа при лесных пожарах (на примере Хабаровского края) // «Ученые заметки ТОГУ» : Электронное научное издание. — 2013. — Т. 4, № 4. — С. 9—13.
  8. ↑ Гришина Е. П. Основы химии окружающей среды : учеб пособие. В 3 ч. Ч. 1. Химические процессы в атмосфере. — Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2006. — С. 35—38. — 68 с.
  9. ↑ Макоско А. А., Матешева А. В. Загрязнение атмосферы и качество жизни населения в XXI веке: угрозы и перспективы. — М.: Российская академия наук, 2020. — С. 19—29. — 258 с.
  10. ↑ Гурова О. С. Основные принципы классификации источников загрязнения воздушной среды городских территорий Южного Федерального Округа // Науковедение : Интернет-журнал. — 2013. — № 5.
  11. ↑ Карлович И. А. Природа парниковых газов и кислотных дождей : учеб. пособие. — Владимир: Изд-во ВлГУ, 2023. — С. 14—28. — 120 с.
  12. ↑ Янин Е. П. Промышленная пыль в городской среде (геохимические особенности и экологическая оценка). — М.: ИМГРЭ, 2003. — С. 12—19. — 82 с.
  13. ↑ Черных Н. А., Баева Ю. И. Краткий курс экологической химии. Учебник. — М.: Мир науки, 2020. — С. 13—14. — 258 с.
  14. ↑ Черногаева Г. М., Л.Р. Журавлева Л. Р. и др. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2022 год / д.г.н., проф. Г. М. Черногаева. — М.: Росгидромет, 2023. — С. 43—53. — 215 с.
  15. ↑ Щур А.В., Скриган А.Ю. и др. Основы экологии: учебное пособие / ответств. за выпуск А.В. Щур. — Могилев: ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», 2014. — С. 67—83. — 129 с.
  16. ↑ Бусоргина Н.А. Экология. Курс лекций : учеб. пособие. — Ижевск: ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, 2017. — С. 121—125. — 214 с.
  17. ↑ Харина Г.В., Анахов С.В. Экологическая безопасность человека в техносфере: учебное пособие. — Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2023. — С. 50—52. — 186 с.
  18. ↑ Бюллетень ВМО по озону и ультрафиолетовому излучению // Погода. Климат. Вода : бюллетень. — 2023. — Июнь (№ 1).
  19. ↑ Чомаева М. Н. Влияние парникового эффекта на состояние биосферы // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. — 2020. — Т. 7—2 (46). — С. 6—8.
WLW Checked Off icon.svg Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Загрязнение_атмосферы&oldid=962037