Загрязнение атмосферы и его экологические последствия

Источники и состав загрязнения атмосферного воздуха. Загрязнение атмосферы имеет естественное и искусст­венное происхождение.

К естественным факторам относят­ся: внеземное загрязнение воздуха космической пылью; земное загрязнение при извержении вулканов, выветрива­нии горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, возни­кающих от молний, выносе морских солей. Естественное загрязнение может быть также неорганическим и органиче­ским. К органическим загрязнениям относятся: планктон, бактерии, в том числе и болезнетворные, споры грибков, пыльца растений.

Главными и наиболее опасными источниками искусст­венного загрязнения атмосферы являются промышленные, транспортные и бытовые выбросы.

Все промышленные источники загрязнения атмосферы подразделяются на:

- организованные (выбросные трубы, шахты);

- неорганизованные (открытые склады сырья, карьеры, хранилища твердых и жидких от­ходов, места загрузки и выгрузки железнодорожных ваго­нов, автомашин; по высотному расположению относятся к наземным).

Форма дымовой струи и связанное с этим распределение концентрации примесей у земли зависят от метеорологиче­ских условий, и, прежде всего от скорости ветра и верти­кальной стратификации температуры воздуха. На рис. показаны типы дымовых струй в зависимости от распреде­ления температуры воздуха по высоте:

 

 

Рис.Разновидности дымовых струй в атмосфере:

1 – стратификация температуры воздуха при сухоадиабатическом

градиенте; 2 - фактическая стратификация;

а, б, в, г, д – различные случаи стратификации.

 

а) Неустойчивая стратификация в слое воздуха, в кото­ром находится труба. Такое состояние наблюдается летом днем в ясную погоду. Нагревающийся у земли воздух поднимается вверх, а более холодный воздух опускается, и в результате вертикального перемешивания воздуха образуются волнообразные струи в виде совокупности клубов дыма, переносимых крупными вертикальными вихрями по направлению ветра. Поскольку клубы дыма достигают земной поверхности сравнительно близко от трубы, максимальная приземная концентрация для данной высоты трубы сравнительно велика, но с удале­нием от источника по направлению ветра быстро снижается.

б) Безразлично­е состояние равновесия объемов воздуха. При этом на­блюдается конусообразная струя, и задымление в при­земном слое может сказаться на значительном удалении от источника при небольших концентрациях.

в) Устойчивая стратификация. В данных условиях образу­ется веерообразная струя при слабом вертикальном и попе­речном рассеянии. Здесь также зона наибольших концен­траций будет находиться на значительном удалении от источника выбросов.

г) Верхняя граница приземного устойчивого (инверси­онного) слоя находится ниже уровня выброса. При этом создаются наиболее благоприятные условия рассеяния вы­бросов, так как в этом случае образуется так называемая приподнятая струя и рассеяние происходит в слое выше верхней границы инверсии, которая препятствует переносу примеси к земле.

д) Приземная инверсия, разрушаясь у поверхности земли, становится приподнятой. В данном случае над вер­хом трубы может образоваться задерживающий слой, пре­пятствующий распространению примесей вверх, в то время как развивающиеся у земли конвективные вихри перемешивают струю только в пределах прилегающего к земле неус­тойчивого слоя.

Промышленные, транспортные и бытовые выбросы в атмосферу могут создавать повышение концентрации в районах их образования. Часть выбросов в результате тур­булентного перемешивания может доставляться в верхние слои тропосферы и даже в нижнюю стратосферу, а затем воздушными потоками переноситься на большие расстоя­ния, образуя трансконтинентальный и глобальный перенос загрязняющих веществ.

Концентрация некоторых веществ в атмосфере имеет сезонный ход. Например, концентрация диоксида серы в теплый период года в 2-8 раз ниже, чем зимой. Повыше­ние концентрации загрязнителей зимой объясняется ухуд­шением метеорологических условий их рассеяния, увели­чением количества промышленных выбросов, замедлением трансформации веществ при низкой температуре воздуха.

 

Экологические последствия загрязнения атмосферы. Газы антропогенного происхождения являются при­чиной образования кислотных осадков и смога.

Кислотные осадки – серная и азотная кислоты, обра­зующиеся при растворении в воде диоксида серы и азота и выпадающие на поверхности земли вместе с дождем, тума­ном, снегом и пылью. Попадая в озера, кислотные осадки нередко приводят к гибели рыбы и других живых организмов и растений. Они также могут вызывать повреждение листвы, а часто – гибель растений, ускорять коррозию ме­таллов и разрушение зданий. Несмотря на то, что дождевые капли быстро удаля­ются из атмосферы, они все же распространяются на сотни километров от производящих выбросы тепловых станций, промышленных предприятий.

Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе горо­дов, имеется большая группа, обладающая канцерогенными свойствами. К ним в первую очередь относятся бензапирен и другие ароматические углеводороды, поступающие в атмосферу от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта.

С увеличением численности мирового парка автомоби­лей растет валовой выброс вредных продуктов. Состав от­работанных газов двигателей автомобилей зависит от ре­жима их работы. При разгоне и торможении увеличивается выброс токсических веществ (СО, SO_X, CH, N, бензапирена и др.).

Вредное влияние на здоровье человека оказывают соединения свинца, содержащиеся в выхлопных газах автотранспорта.

Интенсивное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах при благоприятствующих метео­рологических условиях приводит к образованию ядовитого тумана – смога – в двух разновидностях.

Дымовой (или лондонский) смог представляет собой смесь тумана и дыма, содержит примеси продуктов неполного сгорания или отходов химического производства.

Более опасный вид смога – фотохимический (лос-анджелесский) представляет собой едкие газы, пары и аэрозоли повышенной концентрации в нижних слоях атмосферы, без тумана. В результате фотохимических реакций при воздей­ствии ультрафиолетовой солнечной радиации на газовые выбросы химической промышленности и транспорта соз­даются вещества, значительно превосходящие исходные по своей токсичности.

Благоприятными метеорологическими условиями для образования смога обоих разновидностей являются призем­ные температурные инверсии, отсутствие ветра и дождя.

С антропогенными изменениями атмосферы связано и разрушение озонового слоя, являющегося защитным экра­ном от ультрафиолетового излучения Солнца. Особенно быстро процесс разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где появились так на­зываемые озоновые дыры. В 1987 г. зарегистрирована рас­ширяющая год от года (темпы расширения - 4 % в год) озоновая дыра над Антарктидой (выходящая за контуры материка) и менее значительное аналогичное образование в Арктике. Опас­ность истощения озонового слоя состоит в том, что может снизиться поглощение губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения.

По мнению ученых, одной из причин истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеродов (фреонов), которые широко ис­пользуются в быту и производстве в виде аэрозолей. В 1990 г. мировое производство озоноразрушающих веществ состав­ляло более 1300 тыс. т. Хлорфторуглероды, попадая в атмо­сферу, разлагаются в стратосфере с выделением атомов хло­ра, которые как катализаторы, ускоряют процесс превра­щения 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.

 

 

Тема 6