Последствия загрязнения атмосферы. Атмосфера Земли постоянно циркулирует: поднимающийся вверх теплый воздух у экватора замещается холодными воздушными потоками

Атмосфера Земли постоянно циркулирует: поднимающийся вверх теплый воздух у экватора замещается холодными воздушными потоками, движущимися от полюсов. Направление ветра зависит от величины перемещающего воздушные массы градиента атмосферного давления, а скорость ветра возрастает с увеличением перепада атмосферного давления. Воздушные массы могут перемещаться потоками, параллельными поверхности Земли, а также вертикальными струями, которые возникают под действием тепловых градиентов. Турбулентное перемешивание приземного слоя атмосферы может происходить при взаимодействии с поверхностью почвы или при тепловом расслоении атмосферы. Механические и температурные перемещения наблюдаться могут одновременно. На содержание вредных веществ в атмосфере оказывают влияние их рассеивание турбулентными потоками, действие осадков или их оседание из-за наличия гравитационных сил. Между атмосферным загрязнением и круговоротом главных биогенных элементов отмечается четкая связь (рис. 14.4).

Рис. 14.4. Связь между атмосферным загрязнением и круговоротом

главных биогенных элементов (по Ф. Рамаду, 1981)

Здесь четко прослеживается, что сжигание ископаемого топлива (уголь, нефть) играет определяющую роль в загрязнении атмосферы. За счет газов антропогенного происхождения образуются кислотные осадки и смог. Кислотные осадки — это серная и азотная кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота, и выпадающие на поверхность земли вместе с дождем, туманом, снегом или пылью (рис. 14.5).

Попадая в озера, кислотные осадки нередко вызывают гибель рыб или всего животного населения. Они также могут вызывать повреждения листвы, а часто гибель растений, ускорять коррозию металлов и разрушение здания. Кислотные дожди большей частью наблюдаются в районах с развитой промышленностью. Хотя капельки воды и быстро удаляются из атмосферы, они все же распространяются на сотни километров от производящих выбросы теплостанций, промышленных предприятий и т. д. Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов, имеется большая группа, обладающая канцерогенной активностью.

Рис. 14.5. Кислотные осадки (по Б. Небелу, 1993)

Это в первую очередь бенз(а)пирен и другие ароматические углеводороды, поступающие от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта (рис. 14.6).

Рис. 14.6. Схема загрязнения среды канцерогенным углеводородом бенз(а)пиреном (по Н. Ф. Реймерсу, 1990):

1 — промышленные предприятия; 2 — авиатранспорт; 3 — автомобильный и рельсовый транспорт; 4 — отопление жилищ; 5 — ультрафиолетовое излучение; 6 — озон; 7 — метаболизм у высших животных; 8 — разрушение растениями; 9 — разрушение почвенными микроорганизмами

Исследования канцерогенных веществ, содержащихся в воздушной среде, показывают, что возникновение раковых болезней у людей происходит, в частности, от постоянного суммирования небольших доз канцерогенов в течение длительного времени. Неблагоприятное влияние на организм человека оказывают соединения свинца, имеющиеся в выхлопных газах автотранспорта. Присутствие свинца в крови человека возрастает с увеличением его содержания в воздухе, что приводит к снижению активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом, к нарушению обменных процессов.

В атмосферном воздухе, в первую очередь промышленных центров и городов, в результате сложных химических реакций смеси газов (главным образом окислов азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей), протекающих в нижних его слоях под действием солнечного света, образуются различные вещества, ядовитый туман. Такой ядовитый туман получил название «смог». Его возникновению способствуют определенные метеорологические условия: отсутствие ветра и дождя, а также температурная инверсия. Смог крайне вреден для живых организмов. Во время смога ухудшается самочувствие людей, резко увеличивается число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа. Густой ядовитый туман, появляющийся в осенне-зимнее время, получил название смога лондонского типа. Его главным компонентом является сернистый газ, вызывающий катар верхних дыхательных путей, бронхит. Более опасный тип смога — фотохимический, или лос-анджелеский, наблюдающийся в теплое время года, например в Нью-Йорке, Бостоне, Детройте, Чикаго, Милане, Мадриде. Он возникает в воздухе, загрязненном выбросами автотранспорта, под действием солнечной радиации и в результате фотохимических реакций. Фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, обострение легочных и различных хронических заболеваний, приводит к болезни и гибели домашних животных, растений. Он вызывает коррозию металлов, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды.

Одним из вредных компонентов смога является и озон (Од). В крупных городах при образовании смога его естественная концентрация (1×10^-8) повышается в 10 раз и более. Озон здесь начинает оказывать вредное воздействие на легкие и слизистые оболочки человека и на растительность.

С антропогенными изменениями атмосферы связано и разрушение озонового слоя, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро процесс разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. В 1987 г. зарегистрирована расширяющаяся год от года (темпы расширения — 4% в год) озоновая дыра над Антарктикой (выходящая за контуры материка) и менее значительное аналогичное образование в Арктике. Исследованиями в течение 1969—1986 гг. установлено, что наибольшее уменьшение общего количества озона в зоне 53—64° с. ш. наблюдалось в зимние месяцы (рис. 14.7).

Рис. 14.7. Уменьшение общего количества озона в зимние месяцы

1969—1986 гг. (по А. Д. Данилову, И. Л. Каролю, 1991)

Опасность истощения озонового слоя заключается в том, что может снизиться поглощение губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения. Ученые считают, что основной причиной истощения озонового слоя (экрана) является применение людьми хлорфторуглеродов (фреонов), которые широко используются в быту и производстве в виде аэрозолей, дореагентов, пенообразователей, растворителей и т. д. В 1990 г. мировое производство озоноразрушающих веществ составляло более 1300 тыс. т. Хлорфторуглероды (CFC1₃ и СР₂С1₂), попадая в атмосферу, разлагаются в стратосфере с выделением атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород. В нижних слоях атмосферы фреоны могут сохраняться в течение десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу, где в настоящее время их содержание ежегодно увеличивается на 5 %. Предполагается, что одной из причин истощения озонового слоя может быть и сведение лесов как продуцентов кислорода на Земле.

Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти газы обусловливают «парниковый эффект» (рис. 14.8).

Они пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере углекислого газа выросла на 25%, а метана — на 100%. Это сопровождалось глобальным повышением температуры. Так, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5—0,6 С. На Земле, по прогнозам, средняя температура к 2000 году повысится на 1,2°С, а в ближайшие 50 лет — на 2—5°С по сравнению с доин-дустриальной эпохой.

Рис. 14.8. «Парниковый эффект» (по Е. А. Криксунову и др., 1995):

1— нагревание земной поверхности; 2 — отражение теплового излучения Земли

вследствие загрязнения атмосферы

Потепление может привести к интенсивному таянию ледников и повышению на 0,5—1,5 м уровня Мирового океана, при этом окажутся затопленными многие густонаселенные прибрежные районы. Однако при общем увеличении количества осадков в центральных районах материков климат может стать более засушливым. Например, в 80—90-х гг. XX в. в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, которые связывают с глобальным потеплением. Нужно учитывать и высокую опасность для здоровья людей насыщения воздуха (особенно актуально для крупных, промышленных городов) диоксидом углерода. При высоких концентрациях в атмосферном воздухе СОд наступают отравления, первыми симптомами которых являются головные боли, тошнота, чувство слабости. Некоторые люди, страдающие анемиями и сердечно-сосудистыми заболеваниями, обладают повышенной чувствительностью к воздействию СО₂. Установлено, что загрязнение атмосферы оказывает отрицательное воздействие на животных, сельскохозяйственные культуры. Эти вопросы более подробно будут рассмотрены в дальнейшем.

В конце XX в. огромную опасность представляет радиоактивное и химическое загрязнение атмосферы, да и биосферы в целом в результате деятельности человека. Все острее встает проблема складирования и хранения радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций, хранения химического оружия. С каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей среды.

На примере загрязнения атмосферы видно, что даже слабые воздействия человека могут приводить к крупным неблагоприятным последствиям для природных систем. Нужно учитывать и то, что загрязняющие вещества переносятся воздушными потоками на большие расстояния, создавая тем самым опасность загрязнения территорий других стран. Так, по оценкам международных организаций, в 90-х гг. XX в. на долю английских выбросов приходилось 14% загрязненности окружающей среды в Швеции, 7% — в ФРГ, 7% — в Норвегии.

Выпадение загрязняющих веществ на территории Российской Федерации за счет трансграничного переноса из других стран (Украина, Беларусь, Польша, Великобритания, Румыния и др.) в 1990 г. составили: соединений серы — 1355,0 ктS, соединений окисленного азота — 596,0 ктN и соединений восстановленного азота—42,2 ктN.

Современное промышленное производство загрязняет атмосферу не только газообразными и твердыми примесями, но и тепловыми выбросами, электромагнитными полями, ультрафиолетовыми, инфракрасными, световыми излучениями и другими физическими факторами. Наиболее распространенным видом физического воздействия на атмосферу в городах и крупных поселках является шум, возникающий при работе транспортных средств, оборудования промышленных и бытовых предприятий, вентиляционных и газотурбинных установок, реактивных самолетов при взлете и посадке. Как уже было отмечено ранее, величину звуковых давлений измеряют и нормируют в децибелах (дБ), рис. 14.9.

Рис. 14.9. Шкала интенсивности шума (в дБ)

Уровень шума в 20—30 дБ практически безвреден для человека, является естественным шумовым фоном. У людей же, живущих и работающих в неблагоприятных акустических условиях (80 дБ и более), имеются признаки изменения функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.

В настоящее время уровень электромагнитных полей (ЭМП), созданных человеком и «загрязняющих» атмосферу, в сотни раз превышают средний уровень естественных диапазонов.

Электромагнитные поля оказывают влияние на нервную и эндокринную системы, на репродуктивную функцию, на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Наиболее высока чувствительность организмов к многократным воздействиям электромагнитных полей.