Антропогенное воздействие на атмосферу

Содержание

Введение………………………………………………………………………….4

Глава 1. Особенности загрязнения  атмосферы

1.1. Классификация источников загрязнения атмосферы………………………......5

1.2. Основные загрязняющие атмосферу вещества…………………………………12

1.3. Влияние антропогенного загрязнения окружающей среды на здоровье человека……………………………………………………………………………………….20

Глава 2. Нормирование антропогенного воздействия на атмосферу

2.1. Принципы экологического нормирования………………………………………30

2.2. Основные понятия и методика установления предельно допустимых концентраций (ПДК) в атмосфере……………………………………………………………………………………34

2.3. Инвентаризация выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух……………………………………………………………………………………….38

2.4. Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ, промышленными предприятиями……………………………………………………44

Глава 3. Глобальные проблемы загрязнения  атмосферы и пути их решения

3.1Парниковый эффект……………………………………………………………….46

3.2. Разрушение озонового слоя……………………………………………………...48

3.3.Выпадение кислотных дождей…………………………………………………...50

Заключение……………………………………………………………....55

Список литературы……………………………………………………..55

Введение

Антропогенное загрязнение окружающей среды оказывает выраженное воздействие на формирование популяционного здоровья населения, особенно в связи с изменением социально-экономических условий. Поэтому проблема неблагоприятного влияния факторов окружающей среды на состояние здоровья с каждым годом приобретает все большую актуальность.

Определение количественных зависимостей в системе «среда – здоровье» как первоочередная задача гигиены окружающей среды была впервые поставлена экологом Г.И.Сидоренко¹ в конце 60-х – начале 70-х годов и в дальнейшем получила развитие в разработке критериев и методов количественной оценки воздействия факторов окружающей среды.

Вклад антропогенных факторов в формирование отклонений здоровья составляет от 10 до 57%.

В Российской Федерации сложилась сложная и неблагоприятная, а в некоторых районах даже острая экологическая обстановка. В неблагоприятной санитарно-гигиенической обстановке проживают 109 млн. человек, или 73% всего населения. Существующая неблагоприятная эколого-гигиеническая обстановка предопределяет то, что в литературе широко обсуждается вопрос о влиянии загрязнения окружающей среды на состояние здоровья населения.

Результаты медико-экологических и гигиенических исследований убедительно свидетельствуют, что загрязнение атмосферного воздуха вызывает те или иные проявления токсических реакций у населения, начиная с ранних этапов онтогенеза.

Цель  работы – рассмотреть вопросы  антропогенного воздействия на атмосферу.

1. Охарактеризовать особенности загрязнения атмосферы.
2. Изучить влияние особенностей нормирования антропогенного воздействия на атмосферу.
3. Охарактеризовать глобальные проблемы и выявить их пути решения.

Курсовая  работа состоит из введения, основной части, разбитой на 3 главы, заключения и списка литературы.

Объект  исследования – загрязнение атмосферы.

Предмет исследования ‒ антропогенные воздействия на атмосферу.

Практическая  значимость работы заключается в  том, что представленный материал можно  использовать преподавателям для подготовки к лекциям для студентов-экологов, а также в школе на уроках биологии, географии и с целью просветительской деятельности населения для улучшения экологического состояния территорий проживания.

Глава1. Особенности загрязнения атмосферы

1.1. Классификация источников загрязнения атмосферы

Неблагоприятные изменения происходят и в тропосфере, где сосредоточена вся наземная жизнь. В результате деятельности человека атмосферный воздух постоянно загрязняется. Источники загрязнения атмосферы  делятся на природные и антропогенные.

К природным  источникам относятся:

• космическая  пыль;

• выбросы  при извержении вулканов;

• пыль от выветривания горных пород;

• пыльные  бури.

Источниками антропогенного происхождения являются:

• выхлопные  газы транспорта;

• выбросы  от сжигания ископаемого топлива;

• промышленные выбросы;

• сельское хозяйство (использование удобрений, ядохимикатов).

В зависимости  от источника и механизма образования  различают первичные и вторичные загрязнители воздуха. Первичные загрязнители воздуха представляют собой химические вещества, попадающие непосредственно в воздух из стационарных или подвижных источников. Вторичные загрязнители воздуха образуются в результате взаимодействия в атмосфере первичных загрязнителей между собой и с присутствующими в воздухе веществами (кислород, озон, аммиак, вода) под действием ультрафиолетового излучения. Часто вторичные загрязнители, например вещества группы пероксиацетилнитратов (ПАН), гораздо токсичнее первичных загрязнителей воздуха. Большая часть, присутствующих в воздухе твердых частиц и аэрозолей является вторичными загрязнителями.

С учетом токсичности и потенциальной  опасности загрязнителей, их распространенности и источников эмиссии они были разделены условно на несколько  групп:

1) основные (критериальные) загрязнители атмосферы ‒ оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, твердые частицы и фотохимические оксиданты;

2) полициклические  ароматические углеводороды (ПАУ);

3) следы  элементов (в основном металлы);

4) постоянные  газы (диоксид углерода, фторхлорметаны и др.);

5) пестициды; 

6) абразивные  твердые частицы (кварц, асбест  и др.);

7) разнообразные  загрязнители, оказывающие многостороннее  действие на организм, нитрозамины, озон, полихлорированные бифенилы (ПХБ), сульфаты, нитраты, альдегиды, кетоны и др.

Все критериальные загрязнители относятся к первичным загрязнителям атмосферы. Оксиды азота образуются преимущественно при высокотемпературной фиксации азота и кислорода в силовых установках и двигателях внутреннего сгорания. Оксид азота образуется при электрических разрядах в атмосфере и присутствует в отработавших газах автомобилей. Ежегодно в атмосферу поступает около 5-107 т оксидов азота, из них 53% из антропогенных источников². В конечном итоге оксиды азота превращаются в атмосфере в нитраты.

Диоксид серы образуется при сгорании топлива  с высоким содержанием серы (каменный уголь, нефть). Источниками эмиссии  этого токсичного газа являются стационарные источники горения, например ТЭС  (85-95%), промышленные объекты производство рафинированной нефти, удобрений, серной кислоты и нефтехимических продуктов (5-10%), двигатели внутреннего сгорания, (2-7%). Диоксид серы относят к главным и наиболее важным загрязнителям воздуха, опасным для животных и растений и участвующим в образовании фотохимического смога. Общая эмиссия диоксида серы в атмосферу составляет 8-10 т в год, это значительно превосходит поступление в атмосферу большинства других токсичных химических веществ, и постоянно возрастает пропорционально росту потребления энергии.

Оксид углерода наиболее опасный и чрезвычайно распространенный из газообразных загрязнителей воздуха, токсичность которого обусловлена реакцией с гемоглобином крови. Образование СО происходит при неполном сгорании различного топлива. Естественным источником СО являются лесные пожары и фотохимическое превращение органических соединений в атмосфере. Около 25% СО антропогенного происхождения. Значительное количество (в США почти 40% всех загрязнений атмосферы) оксида углерода поступает в атмосферу городов и промышленных регионов с отработавшими газами автотранспорта³.

Предполагается, что в будущем снизится загрязнение  воздуха от стационарных источников такими токсичными веществами, как  пыль и оксиды серы, углерода и азота. Однако большую опасность будут  представлять газы и пары органических веществ и тяжелые металлы (свинец, кадмий, бериллий и др.).

Концентрация  углеводородов, выделяющихся в воздух из природных источников, немногим более 1 мг/м³. Ежегодная эмиссия углеводородов составляет 8 т. в год. Причем 50% этого количества обусловлено работой транспорта, около 15% составляет выделение углеводородов при сгорании жидкого топлива в жилых районах и ТЭС, а 26% приходится на сгорание угля, мусора, (в среднем на планете приходится уничтожать около 1 м³ отходов в год на человека) и испарение топлива и растворителей. В «усредненном» автомобильном выхлопе содержится около 400 мг/м3 парафиновых, 120 мг/м3 ацетиленовых, 200 мг/м³ ароматических и 300 мг/м3 олефиновых углеводородов⁴.

Содержащиеся  в атмосфере твердые частицы  представляют собой пыль, песок, золу, сажу, вулканическую пыль и аэрозоли органической (высокомолекулярные соединения) и неорганической природы. Часто  токсичность твердых частиц обусловлена  адсорбцией на их поверхности таких  опасных соединений, как ПАУ или  нитрозамины.

Фотооксиданты образуются в атмосфере при взаимодействии реакционноспособных углеводородов и оксидов азота под действием УФ-радиации. В конечном итоге образуются высокотоксичные вещества: пероксиацетилнитрат, пероксибензоилнитрат и др.). Уже при концентрации 0,2 мг/м3 эти соединения обладают резким лакриматорным действием, повреждают растения и разрушают резину. Еще более токсичны пероксибутил - и перок-сипропилнитраты. Соединения этой группы нестойки, особенно при повышенной температуре, и разлагаются с образованием более простых продуктов, например метилнитратов и диоксида углерода.

Оксиданты загрязняют воздушный бассейн большинства крупных городов мира, поскольку их образование связано с развитием промышленности и автотранспорта.

Следующая группа загрязнителей ‒ полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) ‒ могут быть как первичными, так и вторичными загрязнителями атмосферы и обычно адсорбируются на твердых частицах. Многие из ПАУ отличаются выраженным канцерогенным, мутагенным и тератогенным действием и представляют серьезную угрозу для человека. Основным источником эмиссии ПАУ являются ТЭС, работающие на нефти или каменном угле, а также предприятия нефтехимической промышленности и автотранспорта. В настоящее время установлено, что 1500 химических соединений, являющихся потенциальными загрязнителями атмосферы, обладают выраженными канцерогенными свойствами (ПАУ, нитрозамины, галоген углеводороды и др.). Содержание ПАУ и других канцерогенных веществ, попадающих в атмосферу с выбросами промышленных предприятий, составляет в крупных индустриальных центрах около 80% от общего загрязнения окружающей среды.

Следовые  количества химических элементов представлены в атмосфере такими высокотоксичными загрязнителями, как мышьяк, бериллий, кадмий, свинец, магний и хром. Они  обычно присутствуют в воздухе в  виде неорганических солей, адсорбированных  на твердых частицах. Около 60 металлов идентифицировано в продуктах сгорания угля. В дымовых газах ТЭС обнаружены следующие элементы: ртуть, мышьяк, барий, бериллий, висмут, бром, кадмий, хлор, кобальт, медь, железо, фтор, свинец, марганец, сурьма, молибден, никель, селен, теллур, таллий, олово, титан, уран, ванадий, цинк и цирконий. Для большинства перечисленных элементов их выброс в атмосферу с дымовыми газами ТЭС составляет 3/4 от абсолютного уровня загрязнения воздуха всеми источниками эмиссии этих элементов. При этом максимальное количество загрязнителей попадает в атмосферу при сжигании угля. Но долю этого источника приходится более 95% твердых частиц, 85% оксидов серы, 70% оксидов азота и более 90% следов элементов от общего количества выбросов для всех ТЭС, работающих на угле, нефти и газе. 
Помимо продуктов сжигания нефти, свинец выделяется в воздух при извержении вулканов, с отработавшими газами автомобилей и в результате различных производственных процессов. Ежегодно в воздушный бассейн в виде галогенидов попадает около 2-106 т свинца, а ежегодный прирост содержания ртути в окружающей среде промышленно развитых стран составляет 5%. Металлическая ртуть и свинец, а также их металлорганические соединения очень токсичны. Ртуть поступает в атмосферу при извержении вулканов и с выбросами химической, электронной и приборостроительной промышленности. Особенно токсичны и опасны для человека галогенсодержащие металлорганические соединения ртути, которые образуются из металлической ртути и ее неорганических солей под действием микроорганизмов. При сгорании различного топлива только в атмосферу ФРГ ежегодно попадает 40 т ртути, которая оседает на поверхности почвы и водоемов.

Скапливаясь в атмосфере, загрязнители взаимодействуют  друг с другом, гидролизуются и  окисляются под действием влаги  и кислорода воздуха, а также  изменяют свой состав под воздействием радиации. Вследствие этого продолжительность  пребывания токсичных примесей в  атмосфере тесно связана с  их химическими свойствами. Для диоксида серы этот период составляет 4 дня, сероводорода - два, оксида азота - пять, аммиака - семь дней, а СО и СН₄ в силу своей инертности сохраняются неизменными в течение трех лет⁵.

Велика  продолжительность пребывания в  воздухе малоактивных соединений следующей группы токсичности - постоянных газов (фреоны и диоксид углерода). Сжигание большого количества топлива, а также лесные пожары являются постоянным источником увеличения содержания СО₂ в атмосфере. Только в США ежегодно при сгорании ископаемого топлива выделяется в воздух 2-109т. диоксида углерода. Основным источником эмиссии фреонов (фторхлорметанов) являются рефрижераторные установки. Аккумулируясь в стратосфере, постоянные газы в результате цепных реакций разрушают слой озона, который защищает расположенные ниже слои атмосферы от солнечного излучения высокой энергии. В результате этого СО₂, хотя и не является токсичным в обычном смысле этого слова, по мнению некоторых ученых, является причиной глобального изменения температуры атмосферы Земли, что приводит к изменению климата нашей планеты вследствие «тепличного» эффекта.

Из пестицидов, которые обычно распыляют с самолетов, особенно токсичны фосфорорганические пестициды, при фотолизе которых  в атмосфере образуются продукты еще более токсичные, чем исходные соединения.

Так называемые «абразивные» частицы, к которым относятся диоксид кремния и асбесты, при респираторном проникновении в организм человека вызывают серьезные заболевания (например, силикозы). Загрязнения последнего класса, из которых наиболее важны сульфаты, нитраты и нитрозамины, являются продуктами реакций первичных загрязнителей атмосферы. Например, классы, обладающие выраженной канцерогенной активностью, нитрозамины, найдены в частности и в табачном дыме. Они образуются в атмосфере при взаимодействии аминов с оксидами азота. К потенциальным канцерогенам относят и такие широко распространенные загрязнители воздуха, как полихлорбифенилы, которые обычно добавляют к пестицидам для усиления действия ядохимикатов. Источники эмиссии некоторых важных загрязнителей атмосферы и их концентрации в промышленности и сельских регионах приведены в табл. 1.

Химические реакции загрязнителей в атмосфере

Таблица 1.

Концентрации загрязнителей атмосферы

1.2. Основные загрязняющие атмосферу вещества

К основным загрязняющим веществам, поступающим в атмосферный воздух, относятся следующие:

• оксид углерода (CO),
• оксиды азота (NO_x), под общей формулой NO_x, обычно подразумевают сумму NO и NO₂
• диоксид серы (SO₂),
• углеводороды (C_mH_n),
• пыль.

Эти вещества составляют 98% от массы  всех остальных загрязнителей и  поэтому их называют основными.

Основные загрязняющие вещества атмосферы имеют природное и антропогенное происхождение. К природному происхождению относится: вулканизм, почвенные процессы, поверхность морей, океанов, пыльные бури, лесные пожары и др. А для оксидов азота – грозовые разряды.

К антропогенному происхождению:

Оксид углерода (СО) – самая распространенная и наиболее значительная примесь атмосферы. Основная масса выбросов СО образуется в процессе сжигания топлива – автотранспорт, ТЭС, котельные промышленность. Наиболее высокая концентрация СО наблюдается  на улицах и площадях с интенсивным движением транспорта.

СО – агрессивный газ, легко  соединяющийся с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин. При  этом ухудшается острота зрения, нарушаются функции головного мозга, деятельность сердца, легких, возникает головная боль, сонливость, нарушается дыхание. Степень воздействия СО на организм человека зависит от длительности воздействия  и содержания карбоксигемоглобина.

В атмосфере СО постепенно окисляется до СО₂.

Оксиды азота (NO_x), – образуются в процессе горения  при высокой температуре путем окисления части азота находящегося в атмосферном воздухе. Основными источниками выбросов NO_x являются автотранспорт, ТЭС, промышленные печи и др⁶.

.

Другими источниками NO_х являются промышленные предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту, анилиновые красители,  вискозный шелк и др.

При контакте оксидов азота с  водяным паром, поверхностью слизистой  образуются кислоты, что может привести к отеку легких.

Диоксид серы (SО₂). На его долю приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих от антропогенных источников. Основным источником является сжигание угля, мазута на ТЭС, в котельных, в промышленности. Другими источниками SО₂ являются металлургия, строительная промышленность, производство серной кислоты и другие виды промышленности.

Диоксид серы раздражает слизистую  оболочку рта, глаз, во рту возникает  неприятный привкус, при соединении с влагой воздуха или слизистой  образуется серная кислота.

Углеводороды (C_mH_n). Основной техногенный источник – пары бензина, метан, пентан, гексан – автотранспорт. При неполном сгорании топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих канцерогенными свойствами. Углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают головную боль, головокружение, кашель, неприятные ощущения в горле.

Основные источники образования пыли в атмосфере: строительная промышленность, ТЭС, черная и цветная металлургия, места складирования промышленных и бытовых отходов, автотранспорт, карьеры добычи полезных ископаемых, разработанные грунты и т. д. Размеры пылинок в воздухе составляют от сотых долей до нескольких десятков микрометров. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция, углерода, а также оксиды металлов.

Пыль оказывает вредное воздействие  на человека, растительный и животный мир, у людей могут возникать  специфические заболевания.

Глобальные экологические проблемы, связанные с загрязнением атмосферы.

К глобальным экологическим проблемам  в связи загрязнением атмосферы  многие ученые относят:

• нарушение озонового слоя;
• парниковый эффект:
• кислотные дожди;
• смоги.

Наибольшая концентрация молекул  озона находится в стратосфере  на высоте 20-22 км (примерно в 10 раз выше, чем у поверхности Земли) и распространяется она примерно на 5 км по высоте, этот слой и называют озоновым слоем. Если весь озон сконцентрировать в один слой, то толщина его составит ~ 2,9 мм.

Озоновый слой задерживает жесткое  ультрафиолетовое излучение, губительное  для всего живого на Земле. Оно  может вызвать большие изменения  в организмах, чем гамма-излучение, рентгеновское излучение и привести к заболеваниям иммунной системы, раку кожи, поражению сетчатки глаза и  другим заболеваниям⁷.

В настоящее время озоновый слой нарушается, таким образом, снижается концентрация озона в озоновом слое. Впервые истощение озонового слоя обнаружили в 1985 году над Антарктидой, когда над ней концентрация озона была снижена на 50%. Это пространство получило название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное нарушение озонового слоя на всей планете (концентрация озона в озоновом слое снижается в разное время года на 10-20 %, особенно над промышленными странами).

Наука до конца не установила основные причины, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное  происхождение «озоновых дыр».

По мнению большинства ученых, главными разрушителями озонового слоя являются химические вещества, объединенные термином «хлорфторуглеводороды» (ХФУ) – так называемые фреоны, а также оксиды азота (NО_х) и углерода (СО). Фреоны начали использовать в 1930-е годы в качестве хладонов в холодильных установках, затем в системах кондиционирования воздуха, для производства полимеров, дезодорантов, лаков, красок, как растворители, распылители в аэрозольных упаковках. Они нетоксичны, инертны, стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и хранении. Эти разрушители взаимодействуют с молекулой озона и разрушают ее, их называют катализаторами, так как они только своим присутствием разрушают озон, например:

О₃ + NО            О₂ + NО₂;       NО₂ + О        NО + О₂;

О₃ + Cl         ClО + О₂;        ClО + О           Cl + О₂.

В соответствии с  международными соглашениями (Венская конвенция об охране озонового слоя – 1985г., а также протоколы к этой конвенции), к которым присоединились все страны-участницы этой конвенции, должны прекратить производство и использование практически всех озоноразрушающих веществ.

Солнечная энергия проникает сквозь атмосферу, поглощается поверхностью Земли, нагревает ее и выделяется в виде инфракрасного или  теплового длинноволнового излучения. Однако некоторые газы атмосферы его задерживают, поглощают, нагреваются и тем самым нагревают атмосферу в целом. Эти газы называют парниковыми.

Парниковый эффект существует в  природе вне деятельности человека, и без него жизнь на Земле была бы невозможна. Если бы не было этого явления, на Земле наблюдались бы сильные суточные и сезонные колебания температуры.

Основным парниковым газом является углекислый газ, на его долю приходится до 60% парникового эффекта. Другими  парниковыми веществами являются  хлорфторуглеводороды, метан, оксиды азота, тропосферный озон, а также аэрозоли, пары воды.

Экологическая проблема парникового  эффекта заключается в том, что  содержание парниковых газов в атмосфере  растет в связи с антропогенной  деятельностью. В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе  поддерживалось на одном уровне, так  как его поступление равнялось  удалению. В связи с вырубкой лесов  и сжиганием ископаемого топлива  это равновесие нарушается.

В настоящее время из-за парникового  эффекта средняя температура  на нашей планете увеличилась, в  среднем на 0,6^оС. Если в дальнейшем будет сохранено существующее положение с вырубкой лесов и сжиганием топлива, то концентрация углекислого газа к 2050 году может удвоиться. Климатологи прогнозируют среднее потепление в таком случае на 1,5-4,5^оС. Такое потепление вызовет таяние полярных льдов и горных ледников, подъем уровня мирового океана (уровень мирового океана может подняться на 1,5 м), что приведет к затоплению обширных прибрежных территорий суши.

Влияние потепления также скажется на режиме осадков, по прогнозам в  северных районах их количество может  снизиться на 40%, это может привести к развитию пустынь.

Кислотные дожди. Одной из важнейших экологических проблем, с которой связано закисление природной среды, являются кислотные дожди.

Основными источниками кислотных  дождей являются промышленные выбросы диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоту.

Природные осадки имеют подкисленный характер, при отсутствии загрязнителей  рh дождевой воды равно 5,6. Кислотными называют любые осадки, кислотность которых, выше природной, т. е. при рh < 5,6. В последнее время среднее значение рh осадков составляет 4 – 4,5, а иногда оно опускается до 3 и даже ниже. Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе – рh = 2,3 (для сравнения, домашний уксус имеет рh = 2,8).

Кислотные дожди выпадают во всех промышленных районах мира и воздействуют в целом на экосистемы:

Нарушают восковой покров листьев, что делает их уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных организмов.

Выщелачивают биогенные вещества из листьев, ветвей, почв и истощают их. Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость деревьев к  засухам, болезням, загрязнением, что  приводит к еще более выраженной деградации их как природных экосистем.

Кислотные дожди выщелачивают также  из почвы токсичные металлы –  свинец, кадмий, алюминий и др., растворяют их, а впоследствии они усваиваются живыми организмами, передаются по пищевой цепи и негативно на них воздействуют. Растворенные загрязнители легко проникают в подземные и поверхностные воды.

Кислотные дожди воздействуют на почвенные  организмы, замедляют их активность, почвообразовательные процессы разложения и минерализации детрита.

Под действием кислотных дождей происходит закисление пресных вод. Особенно интенсивно происходит закисление озер в Швеции, Норвегии, Финляндии, где коренные породы, слагающие их ложе, обычно представлены гранито-гнейсами и гранитами, не способными нейтрализовать кислотные осадки, в отличие от осадочных пород, которые создают щелочную среду и препятствуют закислению. Повышение кислотности влияет на популяции различных видов рыб, приводит к гибели фитопланктона, различных видов водорослей и других его обитателей.

Кислотные дожди разрушают предметы, конструкции из металла (в городах  коррозия металла в десятки раз  быстрее происходит, чем в сельской местности), также они воздействуют на здания, сооружения, памятники архитектуры. Памятники и здания простоявшие сотни и даже тысячи лет, сейчас разрушаются и рассыпаются в крошево.