Экологические последствия загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здо­ровье человека и на окружающую природную среду различ­ными способами — от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различ­ных систем жизнеобеспечения организма. Во многих слу­чаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабаты­вает.

Сначала рассмотрим, как влияет на окружающую природ­ную среду локальное (местное) загрязнение атмосферы, а затем глобальное.

Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серь­езными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных.

Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO₂), вызывает тя­желое заболевание легких — силикоз. Оксиды азота раздра­жают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболоч­ки, например, глаз, легких, участвуют в образовании ядови­тых туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и дру­гими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эф­фект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газооб­разной смеси.

Широко известно действие на человеческий организм ок­сида углерода (угарного газа). При остром отравлении по­являются общая слабость, головокружение, тошнота, сон­ливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя 3—7 дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массо­вых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны час­тицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, за­сорять слизистые оболочки.

Весьма неблагоприятные последствия, которые могут ска­зываться на огромном интервале времени, связаны и с таки­ми незначительными по объему выбросами, как свинец, бенз(а)пирен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекци­ям и т. д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма.

Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия:

от кашля до летального исхода. Тяжелые по­следствия в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма, тумана и пыли — смог.Различают два типа смога, зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-андже­лесский тип).

Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промыш­ленных городах при неблагоприятных погодных условиях (от­сутствие ветра и температурная инверсия). Температурная ин­версия проявляется в повышении температуры воздуха с высо­той в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300— 400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы, Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстрой­ству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. В 1952 г. в Лондоне от смога с 3 по 9 декабря погибло более 4 тыс. чело­век, до 10 тыс. человек тяжело заболели. В конце 1962 г. в Руре (ФРГ) смог убил за три дня 156 человек. Рассеять смог может только ветер, а сгладить смогоопасную ситуацию — со­кращение выбросов загрязняющих веществ.

Лос-анджелесский тип смога, или фотохимический смог, не менее опасен, чем лондонский. Возникает он летом при ин­тенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насы­щенный, а вернее перенасыщенный выхлопными газами авто­мобилей. В Лос-Анджелесе, выхлопные газы более четырех миллионов автомобилей выбрасывают только оксидов азота в количестве более чем тысяча тонн в сутки. При очень слабом движении воздуха или безветрии в воздухе в этот период идут сложные реакции с образованием новых высокотоксичных загрязнителей — фотооксидантов (озон, органические переки­си, нитриты и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения. Толь­ко в одном городе (Токио) смог вызвал отравление 10 тыс. че­ловек в 1970 г. и 28 тыс. — в 1971 г. По официальным данным, в Афинах в дни смога смертность в шесть раз выше, чем в дни относительно чистой атмосферы. В некоторых наших городах (Кемерово, Ангарск, Новокузнецк, Медногорск и др.), особен­но в тех, которые расположены в низинах, в связи с ростом числа автомобилей и увеличением выброса выхлопных газов, содержащих оксид азота вероятность образования фотохими­ческого смога увеличивается.

Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят боль­шой вред не только человеку, но отрицательно влияют на жи­вотных, состояние растений и экосистем в целом.

В растения токсичные вещества поступают различными спо­собами. Установлено, что выбросы вредных веществ действу­ют как непосредственно на зеленые части растений, попадая через устьица в ткани, разрушая хлорофилл и структуру кле­ток, так и через почву на корневую систему. Так, например, загрязнение почвы пылью токсичных металлов, особенно в со­единении с серной кислотой, губительно действует на корне­вую систему, а через нее и на все растение.

Загрязняющие газообразные вещества по-разному влияют на состояние растительности. Одни лишь слабо повреждают листья, хвоинки, побеги (окись углерода, этилен и др.), другие действуют на растения губительно (диоксид серы, хлор, пары ртути, аммиак, цианистый водород и др.) (табл. 13.3). Особен­но опасен для растений диоксид серы (SO₂), под воздействием которого гибнут многие деревья, и в первую очередь хвойные — сосны, ели, пихты, кедр.

Возможное потепление климата («парниковый эффект»)

Наблюдаемое в настоящее время изменение климата, ко­торое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплением в атмосфере так на­зываемых «парниковых газов» — диоксида углерода (СО₂), метана (СН₄), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О₃), оксидов азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь СО₂, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. Атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с дру­гой — почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Зем­лей.

В связи со сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. концентрация СО₂ в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фре­онов (хлорфторуглеродов). На 1—1,5% в год увеличивается со­держание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы, выделения крупным рогатым скотом и др.). В меньшей степени растет содержание в атмосфере и ок­сида азота (на 0,3% ежегодно).

Следствием увеличения концентраций этих газов, создаю­щих «парниковый эффект», является рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности. За последние 100 лет наиболее теплыми были 1980, 1981,1983, 1987 и 1988 гг. В 1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4 "С выше, чем в 1950—1980 гг. Расчеты некоторых ученых показывают, что в 2005 г. она повысится на 1,3 °С по сравнению с 1950— 1980гг. В докладе, подготовленном под эгидой ООН междуна­родной группой по проблемам климатических изменений, ут­верждается, что к 2100 г. температура на Земле станет выше 2—4 градуса. Масштабы потепления за этот относительно ко­роткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с предполагаемым повышением уровня Мирового океана вследствие таяния полярных льдов, сокращения площа­дей горного оледенения и т. д. Моделируя экологические по­следствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5—2,0 м к концу XXI в., ученые установили, что это неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению при­морских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагоприятным последствиям.

Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном по­теплении климата и положительные экологические последствия. Повышение кон­центрации СО₂ в атмосфере и связанное с ним увеличение фото­синтеза, а также увеличение увлажнения климата могут, по их мнению, привести к росту продуктивности как естественных фитоценозов (лесов, лугов, саванн и др.), так и агроценозов (куль­турных растений, садов, виноградников и др.).

По вопросу о степени влияния парниковых газов на гло­бальное потепление климата также нет единства во мнениях. Так, в отчете Межправительственной группы экспертов по про­блеме изменения климата (1992) отмечается, что наблюдаемое в последнее столетие потепление климата на 0,3—0,6°С могло быть обусловлено преимущественно природной изменчивостью ряда климатических факторов.

Важнейшим фактором антропогенного воз­действия на глобальный климат является деградация биосфе­ры , а следовательно, в первую очередь необходимо заботиться о сохранении биосферы как основного фактора глобальной эко­логической безопасности. Человек, используя мощность поряд­ка 10 ТВт разрушил или сильно нарушил на 60% суши нор­мальное функционирование естественных сообществ организ­мов. В результате из биогенного круговорота веществ изъята значительная их мас­са, которая ранее затрачивалась биотой на стабилизацию климатических условий. На фоне постоянного сокращения площа­дей с ненарушенными сообществами деградированная, резко снизившая свою ассимилирующую емкость биосфера становится важнейшим источником повышенного выброса в атмосферу диоксида углерода и других парниковых газов.

На международной конференции в Торонто (Канада) в 1985 г. перед энергетикой всего мира поставлена задача сократить к 2005 г. на 20% промышленные выбросы углерода в атмосферу. На Конференции ООН в Киото (Япония) в 1997 г. правитель­ствами 84 стран мира подписан Киотский протокол, по которо­му страны должны выбрасывать антропогенный углекислый газ не больше, чем они выбрасывали его в 1990 г. Но очевидно, что ощутимый экологический эффект может быть получен лишь при сочетании этих мер с глобальным направлением экологической политики — максимально возможным сохранением сообществ организмов, природных экосистем и всей биосферы Земли.