Оценка атмосферы воздуха

     Содержание

     Введение…………………………………………………………………2

     1.Литературный  обзор…………………………………………………..5

     1.1.Естественные  источники загрязнения атмосферы………………..34

     1.2.Антропогенные  факторы воздействия на атмосферу………….....36

     2. Общие сведения о Карачаганакском  нефтеконденсатном

     месторождении…………………………………………………………..44

     2.1 Экологическое  состояние территорий, прилегающих к 

     Карачаганакскому  нефтеконденсатному месторождению...................45

     3. Природно-климтическая характеристика  региона 

     Карачаганакского нефтеконденсатного месторождения......................56

     3.1 Характеристика района расположения  Карачаганакского 

     нефтеконденсатного  месторождения.....................................................56

     3.2 Температурный режим региона………………………………….....57

     3.2.1 Климат……………………………………………………………...57

     4.Материал и методика исследований………………………………....59

     5.Оценка  мониторинга………………………………………………......62

     5.1 Атмосферный воздух……………………………………………......62

     5.1.1 Состояние атмосферы поселка Жарсуат за 2010 год....................62

     5.1.2 Анализ показателей атмосферы поселка Успеновка

       за 2010 год.................................................................................................65

     5.1.3.Результаты  атмосферных исследований п.Березовка

       за 2010.......................................................................................................67

     Выводы……………………………………………………………….......70

       Список использованной литературы…………………………………..75 
 
 
 

     Введение

       Республика Казахстан поставила  перед собой амбициозную, но  выполнимую цель – войти в число 50 наиболее конкурентноспособных стран мира. В связи с этим со всей остротой возникает необходимость решения острейших проблем охраны окружающей среды.

     Добыча  нефти  и газа в Казахстане из года в год интенсивно растет. 
Вместе с тем в отрасли есть и серьезные проблемы, требующие крайне внимательного отношения к ним. К их числу в первую очередь относятся проблемы защиты окружающей среды, экологические проблемы. Они требуют квалифицированного исследования, моделирования и прогнозирования.

     Экологическое состояние окружающей среды во - многом определяется эффективностью мероприятий по охране природы и рационализации природопользования, осуществляемых в рамках провозглашения стратегии устойчивого экологического развития Республики Казахстан.

     Согласно  Концепции экологической безопасности Республики Казахстан, экологическая безопасность является одним из стратегических фундаментальных компонентов национальной безопасности и важнейшим аспектом защиты интересов и приоритетов страны в международных интеграционных процессах и определяется степенью защищенности личности, общества и государства от последствий чрезмерного антропогенного воздействия на окружающую среду.

     Достижение  экологической безопасности возможно только в результате глубоких социально-экономических преобразований, затрагивающих все стороны жизни общества и обеспечивающих его переход к устойчивому развитию, при которых достигается постоянное улучшение условий жизни общества, здоровья, образования и возможности всех казахстанцев улучшить экологическую среду.

     В стратегии «Экология и природные  ресурсы -2030» одним из долгосрочных приоритетных направлений является создание экологически безопасной окружающей среды и, в первую очередь, сохранение чистого воздуха, как основное условие здоровой и полноценной жизни человека на земле.

     В Западно-Казахстанской области одним из основных источников загрязнения является расположенная на территории Бурлинского района Карачаганакское нефтегазоконденсатное месторождение, которое находится в 25 км. от г. Аксая.

     В соответствии  ОСРП разработана и реализуется "Экологическая программа КНГКМ", представляющая собой стратегию КИО в области охраны окружающей среды на весь период освоения месторождения. Согласно Закона РК "Об охране окружающей среды" планомерно осуществляется программа производственного мониторинга окружающей среды, разработана и начата реализация Положения о производственном контроле в области охраны окружающей среды, предусматривающего контроль за соблюдением на промысле природоохранного законодательства, нормативов качества и экологических требований не только КИО, но и подрядными организациями.

     Увеличение  добычи углеводородного сырья на Карачаганакском нефтегазоконденсатном месторождении сопровождается ростом выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, что вызывает серьезные изменения в состоянии окружающей среды. Все это требует современной оценки экологической обстановки в данном регионе. В то же время для установления объективного влияния месторождения на биотические сообщества, агроценозы, требуются всесторонние углубленные мониторинговые исследования.

     Существенный ущерб воздушной среде наносятся человеческой деятельностью, связанной развитием нефтегазовой промышленности, поэтому вопросы изучения загрязнения атмосферного воздуха являются актуальными в настоящее время.

       Таким образом, собранные сведения об экологической обстановке в регионе дадут возможность составить базу данных об уровне накопления тяжелых металлов, углеводородов нефти, радионуклидов в почве, воде, растениях в зоне влияния нефтегазодобычи, определить возможные пути их передвижения по трофической цепи, что в свою очередь, позволит найти пути минимизации негативного воздействия месторождения на окружающую среду, улучшения среды обитания человека, растений и животных.

     Целью данной работы является мониторинг состояния атмосферного воздуха в Бурлинском районе.

     Задачи  исследования:

     -  рассмотреть естественные и антропогенные  источники атмосферного 

     загрязнения;

     - раскрыть деятельность Карачаганакского нефтегазоконденсатного

     Месторождения в области охраны окружающей среды;

     - изучить состояние  атмосферного  воздуха  близлежащих п. Жарсуат, 

     Успеновка и Березовка к Карачаганакскому нефтеконденсатному

     месторождению:

     - разработать рекомендации по снижению выбросов загрязнителей в воздушный  бассейн. 
 
 
 
 
 
 
 

     1.Литературный  обзор 

     Атмосфера (от греч. «атмос» - пар, дыхание, а «сфера» - шар) - газовая оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней.

     Атмосфера, общая масса которой составляет 5,15 х10¹⁵ т, простирается вверх от поверхности Земли примерно до 3000 км.

     Атмосферный воздух – это природная смесь  газов приземного слоя атмосферы  за пределами жилых, производственных и иных помещений, сложившаяся в  ходе эволюции Земли.[4]

     Атмосфера состоит из смеси газов, называемой воздухом, в которой находятся во взвешенном состоянии жидкие и твердые частички. Общая масса последних незначительна в сравнении со всей массой атмосферы.

      Атмосферный воздух у земной поверхности, как  правило, является влажным. Это значит, что в его состав, вместе с другими газами, входит водяной пар, т.е. вода в газообразном состоянии. Содержание водяного пара в воздухе меняется в значительных пределах, в отличие от других составных частей воздуха. Это объясняется тем, что при существующих в атмосфере условиях водяной пар может переходить в жидкое и твердое состояние и, наоборот, может поступать в атмосферу заново вследствие испарения с земной поверхности. Воздух без водяного пара называют сухим воздухом.                                 Таким образом атмосферный воздух – это смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли. Воздух не имеет запаха, прозрачен, его плотность 1,2928 г/л, растворимость в воде 29,18 см³/л, вжиждком состоянии приобретает голубоватую окраску.

     Основными составными частями атмосферы являются азот - 78%, кислород – 21%, аргон – 0,9% и углекислый газ -0,03%. Кроме аргона в малых концентрациях содержатся другие инертные газы: неон, гелий, метан, криптон, диоксид азота, водород, ксенон и озон.  
 

Состав воздуха 

     В атмосферном воздухе всегда находятся пары воды (примерно 3-4%) и твердые частицы – пыль.

     Атмосфера вначале состояла из летучих веществ, образовавшихся в земных недрах: Н₂, Н ₂О, СО₂, СН₄, NH₃. Свободный азот если и выходил наружу как продукт вулканической деятельности, то превращался в аммиак.

Одним из важных компонентов атмосферы является кислород. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал. Появление и накопление его связано с распространением зеленых растений и процессом фотосинтеза. В живых организмах в результате химического воздействия веществ с кислородом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности.     Необходимо отметить, что в течение геологической истории Земли произошли события, изменившие первоначальный состав ее газовой оболочки, что связывают с деятельностью живых организмов, прежде всего фотосинтезирующих (растений).

     Толщина атмосферы — примерно 2000—3000 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере — (5,1—5,3)×10¹⁸ кг. Из них масса сухого воздуха составляет 5,1352 ±0,0003×10¹⁸ кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27×10¹⁶ кг.  Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966 г/моль, плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м³. Давление при 0 °C на уровне моря составляет 101,325 кПа; критическая температура — −140,7 °C; критическое давление — 3,7 МПа; C_p при 0 °C — 1,0048×10³ Дж/(кг·К), C_v — 0,7159×10³ Дж/(кг·К) (при 0 °C). Растворимость воздуха в воде (по массе) при 0 °C — 0,0036 %, при 25 °C — 0,0023 %.

       В состав атмосферы входят также твердые и жидкие частички, взвешенные в атмосферном воздухе. Кроме водяных капелек и кристаллов, возникающих в атмосфере при конденсации водяного пара, это пыль почвенного и органического происхождения; твердые частички дыма, сажи, пепла и капельки кислот, попадающие в воздух при лесных пожарах, при сжигании топлива, при вулканических извержениях; частички морской соли, попадающие в воздух при разбрызгивании морской воды во время волнения (обычно, в силу своей гигроскопичности, это не твердые частички, а мельчайшие капельки насыщенного раствора соли в воде); микроорганизмы (бактерии); пыльца, споры; наконец, космическая пыль, попадающая в атмосферу (около миллиона тонн в год) из межпланетного пространства, а также возникающая при сгорании метеоров в атмосфере.  
    Особое место среди атмосферных примесей занимают продукты искусственного радиоактивного распада, заражающие воздух при испытательных взрывах атомных и термоядерных бомб. Небольшую часть перечисленных примесей составляет крупная пыль, с частичками радиусом более 5 мк. Почти 95% частичек имеет радиусы менее 5 мк и до сотых и тысячных долей микрона. Вследствие такой малости они могут длительное время удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии. Удаляются из атмосферы они главным образом при выпадении осадков, присоединяясь к капелькам и снежинкам.

     Аэрозольные примеси могут легко переноситься воздушными течениями на большие  расстояния.

     Желтый  туман, наблюдаемый в Армении (2011г.) обусловлен песчаной пылью, принесенной ветром из арабских стран (содержание пыли в воздухе превышал норму в 2-2,3 раза, между тем опасным порогом считается превышение нормы в 30-40 раз").

       Сильная песчаная буря обрушилась на Китай (2010г.). Сильный ветер принес мелкий песок из пустыни Гоби. Мелкая песчаная пыль висит в воздухе, через нее практически не проникает солнечный свет. Загрязнение воздуха распространилось также на Гонконг и Южную Корею.

     На  территории России в 2010 г. разбушевались  огневые штормы, которые также называют огненными смерчами или огненными торнадо.

       Дым и пепел больших вулканических извержений неоднократно распространялись в высоких слоях атмосферы на огромные расстояния, окутывая весь Земной шар (например, при извержение вулкана близ ледника Эйяфьядлайокюдль в Исландии, высота столба пепла достигла 13 км. При попадании пепла на высоту выше 11 км над уровнем моря происходит его попадание в стратосферу с возможным переносом на значительные расстояния. Значительному распространению облака пепла в восточном направлении способствовал антициклон над севером Атлантики). Помутнение воздуха и аномально красная окраска зорь наблюдались в течение многих месяцев после извержении.

       По газовому составу вся атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) – гомосферу, имеющую состав, сходный с приземным воздухом, и верхнюю – гетеросферу – с неоднородными химическим составом. Первая отличается весьма однородным газовым составом. Вторая характеризуется нарастанием ионизации газов за счет фотодиссоциации, вследствие чего часть вещества уходит в космическое пространство.

     Состав  воздуха в гомосфере практически  не меняется и остается таким же, как в приземном слое. Преобладают  азот (78%) и кислород (21%), около 1% инертного  газа аргона. Несмотря на малое количество данные газы заметно влияют на многие атмосферные процессы. В частности, метан, составляющий всего 10^-4%, играет существенную роль в парниковом эффекте. Наряду с постоянными компонентами воздуха имеется ряд компонентов, заметно меняющихся во времени и пространстве. К переменным компонентам относятся вода/водяной пар – от 0 до 7%, озон, двуокиси углерода, серы и азота.

     Таким образом, в атмосфере существует ряд газов, составляющих в совокупности десятые, сотые и менее доли процентов. Такие газы нередко называются «малыми» газами. Тем не менее, невзирая на свою «малость» данные газы оказывают заметное влияние на состояние атмосферы, погоду и климат. Это происходит потому, что эти газы существенно поглощают солнечноетизлучение разных областей спектра, что приводит к различным эффектам нагрева атмосферы, которые могут вызывать колебания атмосферы, парниковый эффект. Различные загрязнения, например фтор, бром и их соединения, накапливаются в атмосфере. Число их в прцентном отношении ничтожно, но тем не менее, они оказывают значительное влияние на химию и физику атмосферы.

     В состав воздуха входят окислители, а солнечное излучение способствует прохождению окислительных химических превращений. На круговорот веществ, растворимых воде, в значительной мере влияет постоянная смена агрегатных состояний атмосферной влаги.

     С высотой меняется химический состав и физические свойства атмосферы, и в соответствии с этим ее подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу (термосферу) и экзосферу.

  Основная масса воздуха в атмосфере (до 80%) находится в нижнем, приземном слое – тропосфере. Толщина тропосферы в среднем 11-12 км: 8-10 км – над полюсами,16-18 км – над экватором. В этом слое идет непрерывное интенсивное перемешивание воздуха как по горизонтали, так и по вертикали, что приводит к понижению его температуры с высотой примерно до 6,5⁰С. На 1 км. В тропосфере сконцентрировано основное количество водяного пара и мельчайших частиц примесей, способствующих образованию облаков. Поэтому тропосферу часто называют кухней погоды. На высоте 18-20 км плавное уменьшение температуры прекращается, она остается почти постоянной: - 60-70⁰С. Этот участок атмосферы называется тропопаузой.

     Выше тропопаузы, на высоте 20-50 км от земной поверхности, простирается стратосфера. В ней сосредоточена остальная часть воздуха (20 %). Для стратосферы характерны слабые воздушные потоки, малое количество облаков и постоянство температуры (-56° С) до высоты примерно 25 км. Выше температура начинает повышаться при удалении от Земли на 1-2°С на 1 км и в стратопаузе, на высоте 50-55 км, доходит до 0°С.

     Далее, на высоте 55-80 км, расположена мезосфера. При удалении от Земли температура в ней понижается на 2-3°С на 1 км, и на высоте 80 км, в мезопаузе, она достигает-75-90°С.

     Термосфера - слой верхней атмосферы, расположенный между мезопаузой и экзосферой, на высоте от 80 до 800 км Здесь встречаются лишь отдельные молекулы, атомы и ионы газов, плотность которых в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли. Ионосфера, находящаяся выше 50 км, представляет собой природное образование разреженной слабоионизированной плазмы, находящейся в магнитном поле Земли и обладающей благодаря своей высокой электропроводности специфическими свойствами, определяющими характер распространения в ней радиоволн и различных возмущений. Только благодаря ионосфере возможен такой простой и удобный вид связи на дальние расстояния, как радиосвязь.

     Экзосфера - сфера рассеяния, внешний, наиболее разреженный слой атмосферы, где длины свободного пробега частиц так велики, что частицы могут рассеиваться в межпланетное пространство. Экзосфера начинается на высоте 600-800 км, а ее верхняя граница находится на расстоянии нескольких тыс. км от земной поверхности, где концентрация частиц становится такой же, как в межпланетном пространстве. Следы газов обнаружены до высоты 10-20 тыс. км.

     Толщина воздушной оболочки сравнительно невелика при сопоставлении с космическими расстояниями — она составляет одну четвертую радиуса Земли и одну десятитысячную часть расстояния от Земли до Солнца.

       Плотность атмосферы на уровне моря равна 0,001 г/ _см² т.е. в тысячу раз меньше плотности воды.

     Жизнь на Земле возможна, пока существует атмосфера. Атмосферный воздух выполняет сложнейшую экологическую функцию, а именно:

     одним из важных свойств атмосферы является наличие кислорода. Кислород, входящий в состав атмосферы, используется живыми организмами в процессе дыхания. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал, появление и накопление его связано с распространением зеленых растений и процессов фотосинтеза. В результате химического воздействия веществ с кислородом живые организмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности.

     Основные потребители воздуха в природе – флора и фауна Земли. Подсчитано, что весь воздушный океан проходит через земные организмы примерно за десять лет.

     Атмосфера регулирует тепловой режим Земли, способствует перераспределению тепла по земному шару.

     Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного остывания и нагревания. Благодаря ей на Земле не бывает резких перепадов от морозов к жаре и обратно. Основная роль выполняется углекислым газом, парами воды, метаном и озоном. Молекулы этих веществ поглощают инфракрасное тепловое излучение Земли.

     Между атмосферой, земной поверхностью и  другими сферами Земли происходит постоянный обмен теплом, влагой и  газами, что вместе с циркуляцией воздушных масс в атмосфере влияет на основные климатообразующие процессы. Атмосфера защищает живые организмы от мощного потока космического излучения. Озоновый слой, находящийся на высоте порядка 25 км, защищает планету от губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения Солнца.

     Атмосфера – надежный щит, который спасает все живущее на Земле организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Верхние слои атмосферы частично поглощают, частично рассеивают эти лучи.

     Через атмосферу осуществляется обмен веществ между Землей и Космосом. При этом Земля теряет самые легкие газы – водород и гелий и получает космическую пыль и метеориты. Атмосфера защищает нас и от «звездных осколков».

     Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании в приземном слое воздуха, отложения загрязненных веществ на поверхности земли и т.д.

      Таким образом,  все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает от вредного воздействия космических лучей и губительной для живых организмов температуры.

     Все процессы, развивающиеся в атмосфере, осуществляются за счет энергии Солнца. Благодаря ей ежегодно с поверхности Земли испаряются миллиарды тонн воды. Атмосфера выполняет роль перераспределения влаги на земном шаре.

     Физические свойства и состояние атмосферы меняются: во времени - в течении суток, сезонов, лет; в пространстве – в зависимости от высоты над уровнем моря, широты местности и удаленности от океана.

     Слово «мониторинг» происходит из латинского «монитор», которое переводится как «наблюдающий», «предостеригающий».

     Мониторинг природной среды – это проведение наблюдений за параметрами природной среды, оценка их состояния и прогноз ожидаемых изменений по определенному плану во времени, в пространстве и по компонентам (загрязнителям).

     Экологический мониторинг представляет собой мониторинг антропогенного воздействия на окружающую среду, изменений состояния природной среды и экосистем, проводимый для оценки состояния окружающей природной среды, а также в целях прогнозирования возможных изменений. На основании этих данных осуществляется выработка долгосрочных решений в области охраны окружающей среды, рационального природопользования, обеспечения экологической безопасности.

     В систему мониторинга должны входить следующие основные процедуры:

     - выделение объекта наблюдения, формирование объекта наблюдения;

     - обеспечение сбора, обработки, хранения полной, достоверной и сопоставимой информации о состоянии объектов наблюдения; планирование наблюдений;

     - комплексная и тематическая аналитическая обработка данных;

     - прогнозирование изменений состояния объекта наблюдения; своевременное доведение до заинтересованных потребителей данных экологического мониторинга;

     - согласованное методологическое и метрологическое обеспечение ведения различных видов мониторинга природной среды.

     Экологический мониторинг в Республике Казахстан определяется как комплекс выполняемых по научно обоснованным программам наблюдений, оценок, прогнозов и разрабатываемых на их основе рекомендаций и вариантов управленческих решений, необходимых и достаточных для обеспечения управления состоянием окружающей природной среды и экологической безопасностью.

     В соответствии с приведенными определениями и возложенными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности:

     - наблюдение за источником антропогенного воздействия;

     - наблюдение за фактором антропогенного воздействия;

     - наблюдение  за состоянием природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды.

     Основной целью мониторинга является – разработка научно-обоснованных мероприятий по:

- охране окружающей среды;

      - рациональному использованию природных ресурсов;

  - предупреждению различного рода критических ситуаций, опасных для   

    здоровья людей и живых организмов;

  - охране природных комплексов и объектов.

     Мониторинг может эффективно существовать только при условии наличия жёстких обратных связей, в задачи которых входит постоянный контроль (наблюдение) за процессами и действиями [6].

     Например, проведение мероприятий в рамках реализации по улучшению качества окружающей среды должна постоянно сопровождаться наблюдением за процессами восстановления природной среды с целью определения возможных отклонений. При возможных отклонениях, необходимо внести коррективы в мероприятия по улучшению состояния окружающей среды.