Ежегодное количество примесей, поступающих в атмосферу Земли

 

Вещество	Выбросы, млн. т	Доля антропогенных примесей в общих поступлениях, %
естественные	антропогенные
Пыль
Оксид углерода			5,7
Углеводороды			3,3
Оксиды азота			6,5
Оксиды серы			13,3
Диоксид углерода			3,6

 

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от промышленных источников в РФ в 1999 г. в млн т следующие: пыль —2,3, диоксид серы—5,2, оксид углерода—3,7, оксиды азота—1,5, углеводороды —1,2.

Каждой отрасли промышленности присущ характерный состав и масса веществ, поступающих в атмосферу. Это определяется прежде всего составом веществ, применяемых в технологических процессах, и экологическим совершенством последних. В настоящее время экологические показатели теплоэнергетики, металлургии, нефтехимического производства и ряда других производств изучены достаточно подробно. Необходимые сведения можно найти в работах
[3, 10]. Меньше исследованы показатели машиностроения и приборостроения, их отличительными особенностями являются: широкая сеть производств, приближенность к жилым зонам, значительная гамма выбрасываемых веществ, среди которых могут содержаться вещества 1-го и 2-го класса опасности, такие как пары ртути, соединения свинца и т. п.

Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воздухе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсичных соединений (смога, кислот) или приводят к таким явлениям, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя.

Парниковый эффект. Состояние и состав атмосферы определяют во многом величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли. На ее долю приходится основная часть поступающей в биосферу теплоты, дж/год: теплота от солнечной радиации составляет 25 • 10²³(99,8 %), теплота от естественных источников (из недр Земли, от животных и др.) —37,46 • 10²⁰(О,18 %), теплота от антропогенных источников (энергоустановок, пожаров и др.) —4,2 • 10²⁰(0,02 %).

Экранирующая роль атмосферы в процессах передачи теплоты от Солнца к Земле и от Земли в космос влияет на среднюю температуру биосферы, которая длительное время находилась на уровне около
+ 15°С. Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя температура поверхности Земли составляла бы приблизительно - 15°С.

Основная доля солнечной радиации передается к поверхности Земли в оптическом диапазоне, а излучаемая поверхностью Земли энергия — в инфракрасном (ИК). Поэтому доля отраженной лучи стой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от количества многоатомных минигазов (СО₂, Н₂О, СН₄, О₃ и др.) и пыли в ее составе. Чем выше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое пространство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет парникового эффекта. ИК-излучение поглощается метаном, фреонами, озоном, оксидом азота и т. п. в диапазоне длины волн 1…9мкм,а парами воды и углекислым газом при длине волн 12 мкм и более. В последние годы наметилась тенденция к значительному росту концентраций СО₂, СН₄, N₂O и других газов в атмосфере. Так, рост концентраций СО₂ в атмосфере выглядит следующим образом:

 

Год
Концентрация СО2, млн-1							450...600	700...750

 

Аналогично изменяются концентрации метана, оксида азота, озона и других газов. Рост концентраций СО₂ в атмосфере происходит вследствие уменьшения растительности на Земле и увеличения техногенных поступлений. Источниками техногенных парниковых газов являются: теплоэнергетика, промышленность и автотранспорт, они выделяют СО₂; химические производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора и отходов животноводства определяют поступление СН₄; холодильное оборудование, бытовая химия — фреонов; автотранспорт, ТЭС, промышленность — оксидов азота и т.п.

В результате в биосферу дополнительно поступает теплота порядка 70 • 10²⁰ Дж/год, при этом на долю отдельных газов приходится, %: СО₂ —50, фреонов —15, О₃ —5, СН₄ —20, N₂O₂ —10. Доля парникового эффекта в нагреве биосферы в 16,6 раза больше доли других источников антропогенного поступления теплоты.

Рост концентраций минигазов в атмосфере и, как следствие, повышение доли теплоты ИК-излучения, задерживаемой атмосферой, неизбежно сопровождается ростом температуры поверхности Земли. В период с 1880 по 1940 г. средняя температура в северном полушарии возросла на 0,4°С, а в период до 2030 г. она может повыситься еще на 1,5...4,5°С. Это весьма опасно для островных стран и территорий, расположенных ниже уровня моря. По прогнозам ученых, к 2050 г. уровень моря может повыситься на 25...40 см, а к 2100 г.— на 2 м, что приведет к затоплению 5 млн км² суши, т.е. 3 % суши и 30 % всех урожайных земель планеты.

Парниковый эффект в атмосфере — довольно распространенное явление и на региональном уровне. Техногенные источники теплоты (ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в крупных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парниковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают около городов пространства радиусом 50 км и более с повышенными на 1...5°С температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны (купола) над городами хорошо просматриваются из космического пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных движениях больших масс атмосферного воздуха.

Техногенные загрязнения атмосферы не ограничиваются приземной зоной. Определенная часть примесей поступает в озоновый слой и разрушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так как оно сопровождается значительным повышением доли ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земной поверхности. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерновых культур, представляют собой источник канцерогенной опасности для человека, стимулируют рост глазных заболеваний.

Основными веществами, разрушающими озоновый слой, являются соединения хлора, азота. По оценочным данным, один атом хлора может разрушить до 10⁵ молекул озона, одна молекула оксидов азота —до 10 молекул.

Источниками поступления соединений хлора и азота в озоновый слой могут быть: вулканические газы; технологии с применением фреонов; атомные взрывы; самолеты («Конкорд», военные), в выхлопных газах которых содержатся до 0,1 % общей массы газов соединения NO и NO₂; ракеты, содержащие в выхлопных газах соединения азота и хлора. Состав выхлопных газов космических систем (т) на высоте 0...50 км приведен ниже:

 

	Соединения хлора	Оксиды азота	Пары воды, водород	Оксиды углерода	Оксиды алюминия
«Энергия» и «Буран», СССР
«Шаттл», США

 

Значительное влияние на озоновый слой оказывают фреоны, продолжительность жизни которых достигает 100 лет. Источниками поступления фреонов являются: холодильники при нарушении герметичности контура переноса теплоты; технологии с использованием фреонов; бытовые баллончики для распыления различных веществ и т.п.

По оценочным данным, техногенное разрушение озонового слоя к 1973 г. достигло 0,4...1 %; к 2000 г.—3 %, к 2050 г. ожидается 10 %. Ядерная война может истощить озоновый слой на 20...70 %. Заметные негативные изменения в биосфере ожидаются при истощении озонового слоя на 8...10 % общего запаса озона в атмосфере, составляющего около 3 млрд т. Заметим, что один запуск космической системы «Шаттл» сопровождается разрушением около 0,3 % озона, что составляет около
10⁷ т озона.

Загрязнение гидросферы. Потребление воды [8] в РФ в 2000 г. достигло 85,9 км³, в том числе на нужды, %:

— производственные —57,9;

— хозяйственно-питьевые —20,3;

— орошение — 13,7;

— сельскохозяйственное водоснабжение —2,1;

— прочие —6,0.

 

При использовании воду, как правило, загрязняют, а затем сбрасывают в водоемы. Внутренние водоемы загрязняются сточными водами различных отраслей промышленности (металлургической, нефтеперерабатывающей, химической и др.), сельского и жилищно-коммунального хозяйства, а также поверхностными стоками. Основными источниками загрязнений являются промышленность и сельское хозяйство.

Загрязнители делятся на биологические (органические микроорганизмы), вызывающие брожение воды; химические, изменяющие химический состав воды; физические, изменяющие ее прозрачность (мутность), температуру и другие показатели.

Биологические загрязнения попадают в водоемы с бытовыми и промышленными стоками, в основном предприятий пищевой, медико-биологической, целлюлозно-бумажной промышленности. Например, целлюлозно-бумажный комбинат загрязняет воду так же, как город с населением 0,5 млн чел.