Влияние городов на состояние воздушного бассейна

Атмосфера Земли в биосфере играет выдающуюся роль. Она снабжает все живое кислородом и углекислым газом, является своеобразным щитом, предохраняющим поверхность планеты от проникновения большей части космических излучений и метеоритов. Атмосфера обеспечивает изоляцию от абсолютного холода космического пространства, перераспределение тепла, регуляцию метеорологических процессов, выполняет много других функций, имеющих для биосферы жизненно важное значение. Атмосфера содержит примерно 78% азота, 21% кислорода, 1% аргона, гелия, криптона, неона, ксенона, озона, метана, углекислого газа. Кроме того, в атмосферном воздухе постоянно присутствуют водяные пары, твердые частицы и аэрозоли (примерно 0,0005 г на 1м³ воздуха). Масса атмосферы составляет 5*10¹⁴ тонн, т.е. почти в 20 тыс. раз больше, чем весит все живое вещество биосферы. Ежегодно в результате фотосинтеза зеленые растения пополняют атмосферу 400 млрд. т кислорода. Убыль кислорода из атмосферы происходит за счет потребления его живыми организмами, окислительными процессами на поверхности земли и в результате антропогенной деятельности.

Антропогенные воздействия на атмосферу определяют в основном два процесса—извлечение и использование составляющих ее газов и внесение в нее веществ, не свойственных ее естественному состоянию. Все это существенно нарушает не только физическую и химическую структуру атмосферы, но и изменяет в худшую сторону ее экологические свойства. Если современное человечество использует в промышленных целях ничтожную часть азота и других газов атмосферы, то этого нельзя сказать о кислороде. Для поддержания жизни человека как биологического вида, ежегодно достаточно 800 млн. т. кислорода, т.е. в 25-30 раз меньше, чем его накапливается за это время в атмосфере. Однако огромные масштабы промышленного производства привели к тому, что в настоящее время ежегодно сжигается не меньше 10-12 млрд. т. этого газа, что сравнимо с пополнением атмосферы кислородом (автомобиль за 100 км пробега сжигает 25-30 кг кислорода, а самолет за трансатлантический полет—50-60 тонн кислорода). Человечество издавна использовало атмосферу не только как среду, исключительно важную для обеспечения многих его биологических потребностей, но и как своеобразную свалку, куда выбрасывали вначале с дымом костров, а затем мощных электрических топок и химических установок ненужные ему отходы своей деятельности.

Главными антропогенными загрязнителями атмосферы являются двуоксид углерода, аэрозоли, сернистые и угарные газы, оксиды азота, тяжелые металлы. Особую опасность представляет загрязнение атмосферы соединениями азота и все большее насыщение ее углекислым газом. Оксиды азота разрушают озоновый экран, предохраняющий поверхность Земли от губительных космических лучей. Уменьшение способности озонового экрана поглощать излучения даже на несколько процентов грозит значительным увеличением заболеваний раком кожи, а более серьезное его разрушение грозит и другими отрицательными биологическими последствиями (например, генетического характера). Ежегодно в атмосферу выбрасывается 14 млрд. углекислого газа техногенного происхождения. Зеленый покров планеты не в состоянии использовать это количество СО₂ в процессе фотосинтеза, и за последние десятилетия его количество в атмосфере увеличилось на 12%. При дальнейшем увеличении сжигания минерального топлива и повышении концентрации в атмосфере СО₂ через 150-200 лет может привести к парниковому эффекту, т.е. дополнительному разогреву поверхности Земли на 3-5⁰ С. Это повлечет за собой резкое потепление климата на Земле, таяние полярных льдов и повышение уровня океана на 71 м. 1996 год стал рекордным по расходованию ископаемого топлива. Концентрация оксидов выросли с 1992 по 1996 годы с 356 до 364 частей на 1 млн. частей воздуха.

Другие загрязнения атмосферы, имея более локальный характер в силу своей массовости, большей токсичности, способны образовывать не свойственные биосфере соединения, интенсивно воздействуют на элементы биосферы уже теперь. Так, в воздухе крупных городов обнаружены 39 различных веществ, не существующих в природе. Проблема усложняется еще тем, что антропогенные загрязнения атмосферы в отличие от природных концентрируются на сравнительно небольших участках земной поверхности—в промышленных районах и городских агломерациях. В сельской местности загрязненность атмосферы в 10 раз, а в промышленных городах в 150 раз выше, чем над океаном. При своевременном уровне развития техники и технологии полностью избежать поступления в атмосферу загрязняющих веществ невозможно. В загрязнение воздушного бассейна городов свой вклад вносят многие источники, однако, основная роль принадлежит энергетике, металлургии и химической промышленности и автомобильному транспорту.

Атмосфера не обладает способностью аккумулировать вредные вещества и с течением времени самоочищаться. Малая часть загрязнений поднимается на высоту более 3 км. Особенно быстро выпадают крупные частицы пыли, время оборачиваемости которых не превышает 2-х недель. Аэрозоли удаляются из атмосферы путем прямого выпадения или же вымываются из нее осадками. Однако в большинстве промышленных районов, где темпы выбросов в атмосферу приближаются к скорости их рассеивания и выпадения, возникают критические ситуации. Степень загрязненности воздушного бассейна зависит от многих причин — как естественных, так и антропогенных. Так, удаление городов от морских побережий, положение их в депрессивных районах значительно увеличивают мутность воздуха и содержание в нем вредных газообразных веществ. Зимой загрязненность воздуха обычно бывает выше, чем летом. Изменение местных метеорологических условий также ведет к колебаниям в загрязненности воздуха. Особенно большое значение имеют народнохозяйственный профиль города, его величина, плотность населения и другие антропогенные факторы.

Крупные лесные массивы часто называют «легкими Земли», т.е. они поставляют кислород, столь необходимый всему живому. В наше время этим легким нанесены серьезные раны. В период с 1980 по 1995 г. сведены 180 млн га леса (примерно площадь Мексики!). В прошлом десятилетии было вырублено 15,5 млн га, в текущем 13,7 млн. га. Примерно 8 тысяч лет назад леса занимали на планете 6,2 млрд га. От них осталось менее ¼--1,3 млрд.га. «Вторичный лес», посаженный человеком занимает площадь 3,4 млрд.га. Это самый значительный пример помощи природе со стороны человека. Однако леса сокращаются не только в результате вырубки, но и от лесных пожаров. Пожары возникают все чаще. 85% из них—по вине человека, остальные в результате грозовых разрядов.

Потепление климата наибольшую угрозу несет северным бореальным, лесам Европы, Азии и Северной Америки. Их площадь около 1,2 млрд. га. Это и есть «легкие планеты», так как кислород тропических лесов почти полностью расходуется на гашение огромной биомассы в них самих. Потепление климата сдвинет на север границу бореальных лесов, а пожары выбросят в атмосферу углерода в них~100 млрд. т в торфяниках. Это усилит парниковый эффект и вызовет дополнительное потепление.

Особую опасность несут пожары в лесах зараженных радионуклидами. В РФ таких районах около 20. Дым пожара разносит радионуклиды на сотни километров, вызывая новые радиоактивные очаги. В борьбе с пожарами большую роль играют спутниковый мониторинг и авиадесантные подразделения, а также пожарные самолеты. Необходимо международное сотрудничество для концентрации усилий в случае сильных пожаров.

Загрязнение атмосферы промышленной пылью должно контролироваться на предприятиях—источниках загрязнения. Например, специалисты АО «Северосталь» (г. Череповец) разработали устройство для отбора проб промышленной пыли в газовых трубах (вытяжных): микрочастицы сажи, угля, известняка, металлов и прочие при высоких концентрациях—до 10⁵—10⁶ частиц на 1 см³. Прибор можно использовать для анализа продуктов сгорания твердотопливных ракет типа «Тополь».