Влияние техногенной деятельности и природных процессов на загрязнение атмосферы

Газовый состав атмосферы формируется за счёт выделения газов из трёх основных источников:

· вулканической деятельности;

· биогенных процессов (жизнедеятельности организмов, разложения органического вещества);

· техногенной деятельности.

В настоящее время газовый состав тропосферы (а в ней заключено более 90% массы атмосферы) состоит из: N₂ – 78,09%; O₂ – 20,96%; Ar – 0,93%; CO₂ – 0,03%, а также небольшого количества гелия, водорода, криптона, ксенона, озона.

Другие элементы, хотя и присутствуют в атмосфере в незначительном количестве, тем не менее очень важны для ее геохимии (и биогеохимии). Двуокись углерода (углекислый газ), концентрация которой всего несколько сотых процента, необходима для жизни растений, являясь источником их питания. Озон, большая часть которого сосредоточена в пределах стратосферы, также играет жизненно важную роль, так как он задерживает ультрафиолетовое излучение Солнца. Если бы этого поглощения не происходило, избыточная ультрафиолетовая радиация на поверхности Земли была бы губительной для большинства форм жизни.

Среди них наибольшее значение имеют пары воды, количество которых изменяется от 0,02 до 4% по весу. Содержание паров воды зависит от целого ряда факторов, из которых наиболее важным является температура. Водяной пар в атмосфере играет большую роль, регулируя климатические условия. Он поглощает тепловое излучение, что приводит к выравниванию температур воздуха на различных широтах, чего бы не было на планете, лишенной атмосферы.

Из временных составных частей атмосферы особенно важен хлорид натрия, значительное количество которого ежегодно выпадает на поверхность Земли с дождевыми осадками. Наибольшее количество хлорида натрия в воздухе наблюдается вблизи морей и резко уменьшается при удалении от побережья, так как большая его часть поступает в атмосферу с водяным паром из океана.

В атмосфере обнаружены и другие галогены – фтор, бром и йод, основным источником которых также, вероятнее всего, является океан. Постоянно поступающие в атмосферу газы техногенного происхождения называются малыми газовыми составляющими (МГС), так как их общая доля в составе количественно невелика. Но их накопление в атмосфере сопровождается противоположной тенденцией к снижению доли свободного кислорода, а это уже один из ведущих газов в её составе.

Количество соединений серы (сернистый газ и сероводород) в атмосфере сильно варьирует и их скорее следует рассматривать как загрязнение (в результате вулканической деятельности, жизнедеятельности микроорганизмов и разложения органических остатков, а также техногенного загрязнения), чем ее нормальные составные части.

В последние годы отмечается и все возрастающее влияние продуктов работы двигателей внутреннего сгорания на геохимию атмосферы, особенно в крупных городах. Автомобили являются одним из основных источников окиси углерода, поступающей в атмосферу. Окись углерода (угарный газ) начинает быть опасной для человека при концентрации в воздухе окружающей среды около 10^-2%, если такая концентрация сохраняется в течение нескольких часов. При сгорании топлива под высоким давлением, что имеет место в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, образуется окись азота, которая в атмосфере окисляется до двуокиси азота – значительно более ядовитого газа.

Серьезным источником загрязнения атмосферы являются и соединения свинца, являющиеся добавками в топливо. Среднее суммарное загрязнение свинцом в северном полушарии в 70-е годы прошлого века только за счет сжигаемого бензина составляло 10 мг/м³. В конце ХХ века в связи с переходом европейских стран на новые виды топлива «Евро 3» и «Евро 4» ожидалось снижение содержания в атмосфере населенных пунктов содержания загрязняющих веществ, но увеличение числа автотранспорта и других видов техники не привело к ощутимым результатам. Кроме, того, в атмосферу постоянно поступает большое количество твердых частиц в виде пыли, в том числе и промышленной, нередко обогащенной тяжелыми металлами.

На протяжении истории Земли роль разных источников поступления химических элементов в атмосферу (загрязнения атмосферы) менялась, соответственно менялся и состав атмосферы. Следовательно, содержание различных газов в атмосфере Земли – величина изменчивая, зависящая от множества факторов. Но изменения, происходящие естественным путём, протекают очень постепенно. Значительные отличия проявляются, как правило, по прошествии сотен тысяч или даже миллионов лет. Поэтому биота к таким изменениям в основном успевает приспособиться.

Наибольшее вредное воздействие выбросов загрязняющих веществ наблюдается в населенных пунктах, где концентрации вредных веществ нередко превышают нормативные за счет интенсивных транспортных потоков и хозяйственной деятельности, и на этих территориях создаются участки (локальные площади) загрязнения окружающей среды за счет интенсивных выбросов.

Существенное влияние на перенос, рассеивание или вывод загрязняющих веществ из атмосферы оказывают метеорологические условия. Группу метеопараметров, которые способствуют накоплению загрязняющих веществ в атмосфере данной территории, условно называют «потенциалом загрязнения атмосферы» (ПЗА). Те из них, которые способствуют рассеиванию или выводу из атмосферы загрязняющих веществ, составляют группу, определяющую потенциал самоочищения атмосферы (ПСА).

Одним из основных параметров, определяющих ПЗА, является температурная инверсия – явление, которое резко ограничивает процесс вывода загрязняющих веществ в верхние слои атмосферы. Кроме того, ПЗА определяет повторяемость слабых ветров и штилей. Сочетание температурной инверсии и безветрия вызывает застойные явления, при этом концентрация загрязняющих веществ возрастает за счет накопления их в атмосфере, что создает опасные для здоровья концентрации, особенно в крупных мегаполисах. Данное явление создает неблагоприятные метеорологические условия (НМУ), в период которых на субъекты хозяйственной деятельности в соответствии с природоохранным законодательством накладывается ряд ограничений по выбросам загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Туманы также способствуют накоплению загрязняющих веществ в атмосфере, а иногда и преобразованию их в более токсичные соединения.

Потенциал самоочищения атмосферы (ПСА) определяется такими параметрами, как среднегодовые скорости ветров, повторяемость сильных (выше 15 м/сек) ветров, количество осадков, их продолжительность и т.д. Чем выше величина каждой из этих характеристик, тем выше ПСА.

На загрязнение атмосферы того или иного участка территории кроме метеопараметров влияет рельеф и расположение источников загрязнения относительно рассматриваемого участка. В пониженных формах рельефа могут накапливаться загрязняющие вещества, особенно в холодное время суток или года. Под влиянием рельефа меняется преобладающее направление ветра, количество и характер облачности, количество осадков.